Question

【題目】以NOx 為主要成分的霧霾的綜合治理是當(dāng)前重要的研究課題。

I.汽車尾氣中的 NO(g)和 CO(g)在一定條件下可發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N2 和 CO2：

（1）已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g) △H1= +180.5 kJ·mol-1 ②CO 的燃燒熱△H2 = - 283.0 kJ·mol-l，則反應(yīng)③ 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H3 =_______。

（2）某研究小組在三個(gè)容積為 5 L 的恒容密閉容器中，分別充入 0.4mol NO 和 0.4 mol CO，發(fā)生反應(yīng)③ 。在三種不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行上述反應(yīng)（體系各自保持溫度不變），反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示：

①溫度：T1_____T2（填“＜”“=”或“＞”）。

②CO 的平衡轉(zhuǎn)化率：Ⅰ_____Ⅱ_____Ⅲ（填“＜”“=”或“＞”）。

③反應(yīng)速率：a 點(diǎn)的 v逆_____b 點(diǎn)的 v正 （填“＜”“=”或“＞”）。

④T2 時(shí)的平衡常數(shù) Kc=_____。

（3）將 NO和 CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑（cat1、cat2）進(jìn)行反應(yīng)，相同時(shí)間內(nèi)測量的脫氮率（脫氮率即 NO的轉(zhuǎn)化率）如圖所示。M 點(diǎn)_____（填“是”或“不是”）對應(yīng)溫度下的平衡脫氮率， 說明理由_________。

Ⅱ．N2O是一種強(qiáng)溫室氣體，且易形成顆粒性污染物，研究N2O的分解反應(yīng) 2N2O=2N2+O2對環(huán)境保護(hù)有重要意義。

（4）碘蒸氣存在能大幅度提高 N2O 的分解速率，反應(yīng)歷程為：

第一步 I2(g)2I(g)快速平衡，平衡常數(shù)為K

第二步 I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g) v = k1·c(N2O)·c(I) 慢反應(yīng)

第三步 IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+1/2I2(g) 快反應(yīng)

其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。實(shí)驗(yàn)表明，含碘時(shí)N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5（k為速率常數(shù)）。

① k =_____（用含 K 和 k1 的代數(shù)式表示）。

②下列表述正確的是_____。

a．IO 為反應(yīng)的中間產(chǎn)物

b．碘蒸氣的濃度大小不會(huì)影響 N2O的分解速率

c．第二步對總反應(yīng)速率起決定作用

d．催化劑會(huì)降低反應(yīng)的活化能，從而影響△H

（5）通過 N2O 傳感器可監(jiān)測環(huán)境中 N2O 的含量，其工作原理如圖所示

①NiO電極上的電極反應(yīng)式為_____。

②N2O濃度越高，則電壓表讀數(shù)越_____。（填“高”或“低”）

Answer 1

【答案】-746.5 kJ/mol ＞ ＜ = ＞ 17150 不是 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)曲線cat2可知，M點(diǎn)對應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高 k1 K1/2 ac N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2 高

【解析】

∣.（1）已知①N2(g)+O2(g)2NO(g) △H1= +180.5 kJ·mol-1；②CO+1/2O2=CO2 △H2 = - 283.0 kJ·mol-l；根據(jù)蓋斯定律，②×2-①可得③，其△H3 = -746.5 kJ/mol，故答案為：-746.5 kJ/mol。

（2）①溫度越高，反應(yīng)速率越快，先達(dá)到平衡，由圖可知，溫度為T1時(shí)先拐，先達(dá)到平衡，所以T1＞T2，故答案為：＞。

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，已知T1＞T2，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率為:Ⅰ＜Ⅱ=Ⅲ，故答案為：＜；=。

③a、b點(diǎn)是平衡狀態(tài)，所以正逆反應(yīng)速率相等，由圖像分析可知，a點(diǎn)加入了催化劑，反應(yīng)速率加快，所以反應(yīng)速率a點(diǎn)大于b點(diǎn)，a點(diǎn)的v逆大于b點(diǎn)的v正，故答案為：＞。

④壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比關(guān)系可得，，設(shè)平衡時(shí)，生成的氮?dú)鉃?/span>xmol，則根據(jù)三段式：

則，故答案為：17150。

（3）圖象分析可知M點(diǎn)不是對應(yīng)溫度下的平衡脫氮率，溫度較低時(shí)，催化劑的活性偏低；不是平衡脫氮率，因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)曲線cat2可知，M點(diǎn)對應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高，故答案為：不是；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)曲線cat2可知，M點(diǎn)對應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高。

Ⅱ.（4）①根據(jù) ，v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5，則，故答案為：；

②a．IO是第二步反應(yīng)的生成物，第三步反應(yīng)的反應(yīng)物，所以IO為反應(yīng)的中間產(chǎn)物，a正確；

b．含碘時(shí)N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5，碘蒸氣的濃度大小會(huì)影響 N2O的分解速率，b錯(cuò)誤；

c．反應(yīng)的快慢取決于慢反應(yīng)，所以第二步對總反應(yīng)速率起決定作用，c正確；

d．催化劑會(huì)降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，不影響△H，d錯(cuò)誤；故答案為：ac。

（5）①NiO電極上N2O反應(yīng)生成NO2，N元素的化合價(jià)由+1價(jià)升高為+4價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，NiO電極是負(fù)極，其電極反應(yīng)為：N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2，Pt電極上O2反應(yīng)生成O2-，O元素的化合價(jià)由0價(jià)降低為-2價(jià)，發(fā)生還原反應(yīng)，Pt電極是正極，其電極反應(yīng)為：O2 + 4e- =2O2-，故答案為：N2O - 6e- + 3O2-＝2NO2。

②根據(jù)U=IR，N2O濃度越高，N2O越失去電子生成NO2，轉(zhuǎn)移電子越多，電流越大，電壓越大，電壓表讀數(shù)越高，故答案為：高。