Question

【題目】汽車(chē)尾氣（主要成分為NOx和CO）已成為主要的空氣污染物來(lái)源之一，有發(fā)生光化學(xué)煙霧污染的潛在危險(xiǎn)。

（1）某小組同學(xué)為研究光化學(xué)煙霧的形成進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。測(cè)得煙霧的主要成分為CxHy(烴)、NO、NO2、O3、PAN （CH3COOONO2），各種物質(zhì)的相對(duì)濃度隨時(shí)間的變化如右圖。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，下列推論最不合理的是_____。（填選項(xiàng)序號(hào)字母）

a．NO的消失的速率比CxHy快 b．NO生成NO2

c．CxHy及NO2可以生成PAN及O3 d．O3生成PAN

（2）一定條件下，將2 mol NO與2 mol O2置于恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，下列可判斷反應(yīng)達(dá)平衡的是_____。（填選項(xiàng)序號(hào)字母）

a．體系壓強(qiáng)保持不變 b．混合氣體密度保持不變

c．NO和O2的物質(zhì)的量之比保持不變 d．每消耗2 mol NO同時(shí)生成2 mol NO2

（3）高溫下N2和O2發(fā)生N2(g)＋O2(g)2NO(g)反應(yīng)，是導(dǎo)致汽車(chē)尾氣中含有NO的原因之一。

①右圖是T1、T2兩種不同溫度下，一定量的NO發(fā)生分解過(guò)程中N2的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的圖像，據(jù)此判斷反應(yīng)N2(g)＋O2(g) 2NO(g)為_____（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

②2000℃時(shí)，向容積為2 L的密閉容器中充入10 mol N2與5 mol O2，達(dá)到平衡后NO的物質(zhì)的量為2 mol，則此刻反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_____。該溫度下，若開(kāi)始時(shí)向上述容器中充入N2與O2均為1 mol，則達(dá)到平衡后N2的轉(zhuǎn)化率為_____。

③汽車(chē)凈化裝置里裝有含Pd化合物的催化劑，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的機(jī)理如右圖所示。寫(xiě)出其變化的總化學(xué)反應(yīng)方程式：_____。

（4）為減少汽車(chē)尾氣中NOx的排放，常采用CxHy（烴）催化還原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ/mol

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2

若16 g CH4還原NO2至N2，共放出熱量867 kJ，則ΔH2＝_____。若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48 L CH4還原NO2至N2，共轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為_____（阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示）。

Answer 1

【答案】 d ac 吸熱 1/9或0.11 1/7或14.3% 2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 －1160 kJ·mol-1 1.6 NA

【解析】試題分析：本題主要考查圖像的分析，化學(xué)平衡的標(biāo)志，化學(xué)平衡的計(jì)算，反應(yīng)熱的計(jì)算，氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)的計(jì)算。

（1）a，根據(jù)圖示，在一段時(shí)間內(nèi)，NO消失的速率比CxHy快，a項(xiàng)合理；b，由圖示，開(kāi)始NO減少的同時(shí)NO2增多，NO生成NO2，b項(xiàng)合理；c，由圖示，CxHy、NO2減少的同時(shí)PAN、O3增多，結(jié)合原子守恒，CxHy及NO2可生成PAN和O3，c項(xiàng)合理；d，O3濃度始終增大，O3不會(huì)生成PAN，d項(xiàng)不合理；答案選d。

（2）a，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡過(guò)程中氣體分子物質(zhì)的量減小，在恒溫恒容容器中，體系壓強(qiáng)減小，平衡時(shí)氣體分子物質(zhì)的量不變，體系壓強(qiáng)不變，體系壓強(qiáng)不變能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡；b，該反應(yīng)中所有物質(zhì)都是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，混合氣體的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體密度保持不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡；c，起始NO和O2物質(zhì)的量相等，建立平衡過(guò)程中轉(zhuǎn)化的NO和O2物質(zhì)的量之比為2:1，建立平衡過(guò)程中NO和O2物質(zhì)的量之比減小，平衡時(shí)NO和O2物質(zhì)的量之比不再變化，NO和O2物質(zhì)的量之比保持不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡；d，每消耗2molNO同時(shí)生成2molNO2只表示正反應(yīng)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡；能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡的是ac，答案選ac。

（3）①由圖像可見(jiàn)T2先出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明T2反應(yīng)速率快，則T2T1；T2平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)小于T1時(shí)，說(shuō)明升高溫度，反應(yīng)2NO（g）N2（g）+O2（g）逆向移動(dòng)，反應(yīng)2NO（g）N2（g）+O2（g）的逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即N2（g）+O2（g）2NO（g）為吸熱反應(yīng)。

②用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 10 5 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） 1 1 2

n（平衡）（mol） 9 4 2

平衡時(shí)N2、O2、NO物質(zhì)的量濃度依次為4.5mol/L、2mol/L、1mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)K====0.11。若開(kāi)始向容器中充入N2與O2均為1mol，設(shè)從開(kāi)始到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化N2物質(zhì)的量為x，用三段式

N2（g）+O2（g）2NO（g）

n（起始）（mol） 1 1 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 1-x 1-x 2x

平衡時(shí)N2、O2、NO物質(zhì)的量濃度依次為（1-x）/2mol/L、（1-x）/2mol/L、xmol/L，K===，解得x=mol，達(dá)到平衡后N2的轉(zhuǎn)化率為==0.143。

③根據(jù)圖示，發(fā)生的反應(yīng)為2NO+O2=2NO2（①式），NO2與CO在催化劑作用下生成CO2和N2，反應(yīng)為2NO2+4CON2+4CO2（②式），將①式+②式，得總化學(xué)反應(yīng)方程式為：4CO+2NO+O2 N2+4CO2。

（4）16gCH4還原NO2至N2共放出熱量867kJ，即1mol CH4還原NO2至N2共放出熱量867kJ，據(jù)此可寫(xiě)出熱化學(xué)方程式：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）ΔH=-867kJ/mol（①式），CH4（g）＋4NO2（g）=4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH1=-574 kJ/mol（②式），將①式2-②式得CH4（g）＋4NO（g）=2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH2=2ΔH-ΔH1=2（-867kJ/mol）-（-574kJ/mol）=-1160kJ/mol。n（CH4）==0.2mol，在反應(yīng)中CH4被氧化成CO2，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol8=1.6mol，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為1.6NA。