Question

4．已知氮的氧化物是嚴(yán)重的大氣污染物，可以通過以下方法處理：
Ⅰ．催化還原法：如在汽車排氣管上安裝一個催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol

化學(xué)犍	O=O	C=0	C≡O(shè)
鍵能（kJ/mol）	497	803	1072

則反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△K=-571kJ/mol
（2）在一定溫度下，向體積1L的密閉容器中充入2molNO，10min時反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)過程中反應(yīng)物濃度隨時間的變化如圖1所示．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為$\frac{（0.4）^{2}×0.2}{（1.6）^{2}×（0.6）^{2}}$（mol．L）^-1，千10min內(nèi)N₂平均反應(yīng)速率v（N₂）0.02mol/（L•min）
②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入NO1.6mol、CO₂0.4mol，則此時：v_正=v_逆（天“＞”、“＞”或“=”）
③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，NO的濃度對應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)是圖1中的B（填字母）
④某科研小組研究發(fā)現(xiàn)以Ag-ZSM-5為催化劑，NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖2所示，若不適用CO，緯度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因是NO的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行
Ⅱ．利用電化學(xué)原理，將NO₂、O₂和熔融KNO₃制 成燃料電池，其原理如圖3，該電池在工作過程中NO₂轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y，Y是一種氧化物，可循環(huán)使用，石墨Ⅱ是電池的正極，石墨Ⅰ附近發(fā)生的反應(yīng)電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅相同條件下，消耗的O₂和 NO₂的體積比為1：4．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；
②2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）；
①+②得：③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g），依據(jù)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計(jì)算該反應(yīng)的焓變；
依據(jù)蓋斯定律②=③-①計(jì)算2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△K；
（2）①依據(jù)方程式2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），結(jié)合圖象，列三段，表示出平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，依據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式解答；
V（N₂）=$\frac{△c（{N}_{2}）}{△t}$  計(jì)算10min內(nèi)N₂平均反應(yīng)速率；
②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入NO1.6mol、CO₂0.4mol，計(jì)算此時，反應(yīng)的濃度商與K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時，加壓平衡逆向移動；
④依據(jù)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△K＜0，可知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；
Ⅱ．該燃料電池中，負(fù)極上通入NO₂，正極上通入O₂，根據(jù)電解質(zhì)知，負(fù)極電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正極電極反應(yīng)式為O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，據(jù)此分析解答．

解答 解：Ⅰ．（1）反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g），△H₃=497+2×1072-803×4=-571kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律：③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-571kJ/mol；
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol；
則③-①得：②2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則其焓變值△H₂=△H₃-△H₁=-571-180=-751kJ/mol；
故答案為：-751；
（2）①在一定溫度下，向體積1L的密閉容器中充入2molNO，10min時反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）達(dá)到平衡狀態(tài)，由圖象1可知，平衡時CO物質(zhì)的量度為0.6mol/L，則：
                 2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
起始濃度：mol/L    2        1       0      0    
轉(zhuǎn)化濃度：mol/L   0.4       0.4     0.4     0.2
平衡濃度：mol/L  1.6        0.6     0.4    0.2
該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{C{\;}^{2}（C{O}_{2}）C（{N}_{{\;}_{2}}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$=$\frac{（0.4）^{2}×0.2}{（1.6）^{2}×（0.6）^{2}}$；

10min內(nèi)N₂平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{△c（{N}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02mol/（L•mil）；
故答案為：$\frac{（0.4）^{2}×0.2}{（1.6）^{2}×（0.6）^{2}}$；0.02mol/（L•mil）；
②若保持溫度不變，15min時再向該容器中充入NO1.6mol、CO₂0.4mol，
則：此時：C（NO）=3.2mol/L；C（CO）=0.6mol/L；C（CO₂）=0.8mol/L；C（N₂）=0.2mol/L；
反應(yīng)的濃度商為：$\frac{（0.8）{\;}^{2}×0.2}{（3.2）{\;}^{2}×（0.6）{\;}^{2}}$=$\frac{（0.4）^{2}×0.2}{（1.6）^{2}×（0.6）^{2}}$，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，則V_正=V_逆；
故答案為：=；
③若保持其條件不變，15min時壓縮容器至0.5L時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，加壓平衡逆向移動，一氧化氮濃度增加，依據(jù)可逆反應(yīng)特點(diǎn)，利用極值可知當(dāng)CO全部反應(yīng)，則平衡后一氧化氮濃度為3mol/L，所以一氧化氮濃度應(yīng)介于2mol/L和3mol/L之間，故選B；
故選：B；        
④依據(jù)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△K＜0，可知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；
故答案為：NO的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；
Ⅱ該燃料電池中，負(fù)極上通入NO₂，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正極上通入O₂，石墨Ⅱ?yàn)檎龢O，電極反應(yīng)式為O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，所以NO₃^-向負(fù)極移動，即NO₃^-向石墨Ⅰ；
依據(jù)O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，可知1mol氧氣得到4mol電子，依據(jù)NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，1mol二氧化氮失去1mol電子，要使得失電子守恒：則消耗的O₂和 NO₂的體積比為1：4；
故答案為：正；NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅；1：4．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱、反應(yīng)速率的計(jì)算、影響平衡移動的因素，電極反應(yīng)式的書寫，題目綜合性強(qiáng)，明確化學(xué)平衡移動原理及影響因素、原電池工作原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．