Question

13．近年來全國各地長期被霧霾籠罩，霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NOx、CO、超細(xì)顆粒（PM2.5）等有害物質(zhì)．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．

（1）催化劑存在時用H₂將NO還原為N₂．
圖1是一定條件下H₂還原NO生成N₂和1mol水蒸氣的能量變化示意圖，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1．（△H用E₁、E₂、E₃表示）
（2）工業(yè)上可采用CO和H₂合成甲醇，發(fā)生反應(yīng)為（I）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H＜0
在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)．當(dāng)改變反應(yīng)的某一個…條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是AC．
A．正反應(yīng)速率先增大后減小 
B．逆反應(yīng)速率先增大后減小
C．化學(xué)平衡常數(shù)K值增大 
D．反應(yīng)物的體積百分含量增大
E．混合氣體的密度減小 
F．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
（3）在汽車上安裝三元催化轉(zhuǎn)化器可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)：（Ⅱ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．則該反應(yīng)在低溫（填-高溫‖、-低溫‖或-任何溫度‖）下能自發(fā)進(jìn)行．
（4）將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)
（Ⅱ）經(jīng)過相同時間內(nèi)測量逸出氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率），結(jié)果如圖2所示．
以下說法正確的是D
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高
B．相同條件下，改變壓強(qiáng)對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點(diǎn)表示此時平衡轉(zhuǎn)化率最高
D．兩種催化劑分別適宜于55℃和75℃左右脫氮
（5）在某溫度下，2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol進(jìn)行反應(yīng)（Ⅱ），測得NO物質(zhì)的量變化如圖3所示，5分鐘末反應(yīng)達(dá)到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5．第6分鐘繼續(xù)加入0.2mol NO、0.2mol CO、0.2mol CO₂和0.3mol N₂，請在圖3中畫出到9分鐘末反應(yīng)達(dá)到平衡NO的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線．
（6）NOx是大氣污染物之一，科學(xué)家們在嘗試用更科學(xué)的方法將NOx脫氮轉(zhuǎn)化成無毒的N₂，減少對大氣的污染．下列物質(zhì)可能作為脫氮劑的是ABD
A．NH₃ B．CH₄  C．KMnO₄  D．尿素．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)熱=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能，再根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫解答；
（2）當(dāng)正逆反應(yīng)速率不相等時，化學(xué)平衡會向著正方向或是逆方向進(jìn)行；
（3）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（4）A．催化劑只影響反應(yīng)速率，不會改變轉(zhuǎn)化率；
B．增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動；
C．最高點(diǎn)為催化劑活性最高的溫度；
D．根據(jù)圖象判斷，脫氨率最高的點(diǎn)對應(yīng)的溫度應(yīng)是最適宜溫度；
（5）已知反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達(dá)到平衡時NO為0.2mol，利用三段式求出平衡濃度，再根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$計算；第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根據(jù)Qc=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$計算，然后比較Qc與K的大小關(guān)系判斷移動方向，再作圖；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉(zhuǎn)化成無毒的N₂，需要加還原劑，據(jù)此分析．

解答 解：（1）一定條件下H₂還原NO生成N₂和1mol水蒸氣，依據(jù)能量變化圖可知反應(yīng)放熱，反應(yīng)焓變△H=E₁-E₂，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1；
（2）化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相等，當(dāng)逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率時，說明反應(yīng)是逆向進(jìn)行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反應(yīng)速率先增大后減小，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，故A正確；
B．逆反應(yīng)速率先增大后減小，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，故B錯誤；
C．化學(xué)平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向進(jìn)行，故C正確；
D．反應(yīng)物的體積百分含量增大，可能逆向進(jìn)行，也可能正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，故D錯誤；
E．恒容容器中加入生成物，平衡逆向進(jìn)行，氣體質(zhì)量增大，條件不變，混合氣體的密度增大，故E錯誤；
F．平衡逆向進(jìn)行氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故F錯誤；
故答案為：AC；
（3）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反應(yīng)前后氣體體積減小△S＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，即在低溫時反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：低溫；
（4）A．催化劑不會影響轉(zhuǎn)化率，只影響反應(yīng)速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對轉(zhuǎn)化率沒有影響，故A錯誤；
B．反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動，脫氮率減小，故B錯誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點(diǎn)為催化劑活性最大的狀態(tài)，與平衡轉(zhuǎn)化率無關(guān)，故C錯誤；
D．兩種催化劑分別在55℃和75℃左右催化效率最高，說明此時催化劑的活性最大，故D正確；
故選D．
故答案為：D；
（5）已知反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達(dá)到平衡時NO為0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4       0.4       0      0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
平衡（mol）：0.2     0.2       0.1     0.20.2
則K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（\frac{0.2}{2}）^{2}×\frac{0.1}{2}}{（\frac{0.2}{2}）^{2}×（\frac{0.2}{2}）^{2}}$=5；
第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，則c（NO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
c（N₂）=$\frac{0.1mol+0.3mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
Qc=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=5=K，說明是平衡狀態(tài)，所以第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡狀態(tài)，但是NO的物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉淼?倍，作圖為；
故答案為：5；；

（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉(zhuǎn)化成無毒的N₂，需要加還原劑，NH₃、CH₄、尿素均可作還原劑，KMnO₄是常用的氧化劑，所以ABD正確；
故答案為：ABD．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡移動問題，化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素、意義，反應(yīng)速率計算等，難度中等，本題注意分析圖象曲線的變化趨勢，側(cè)重于考查學(xué)生的讀圖能力和分析能力．