Question

13．汽車尾氣中的CO、NO_X是大氣的主要污染物，人們嘗試使用稀土制成的催化劑將CO、NOx、碳?xì)浠�合物轉(zhuǎn)化成無(wú)毒物質(zhì)，從而減少汽車尾氣污染．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
試寫出NO與CO催化轉(zhuǎn)化成N₂和CO₂的熱化學(xué)方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1
（2）某研究性學(xué)習(xí)小組在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，在某溫度時(shí)，按下列流程探究某種催化劑對(duì)上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)的作用，用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如下：
汽車尾氣→尾氣分析儀→催化反應(yīng)器→尾氣分析儀

時(shí)間/S	0	1	2	3	4	5
C（NO）（×10-4mol•L-1）	10.0	4.05	2.50	1.50	1.00	1.00
C（CO） （×10-3mol•L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

請(qǐng)回答下列問(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：
①前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （N₂）=1.875×10^-4mol/L．s．
②在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000．（只寫出計(jì)算結(jié)果）
（3）在容積相同的兩個(gè)密閉容器內(nèi)（裝有等量的某種催化劑），分別充入同量的NO_x及C₃H₆，在不同溫度下，同時(shí)分別發(fā)生以下反應(yīng)：
18NO（g）+2C₃H₆（g）?9N₂（g）+6CO₂（g）+6H₂O（g）；
18NO₂（g）+4C₃H₆（g）?9N₂（g）+12CO₂（g）+12H₂O（g）；
并分別測(cè)定各溫度下經(jīng)相同時(shí)間時(shí)的NO_x轉(zhuǎn)化率，繪得圖象如圖1所示：

①分析圖中信息可以得出的結(jié)論是
結(jié)論一：由NO_X轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)可判斷，相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率比NO₂低（填“高”或“低”）
結(jié)論二：在250°C～450°C時(shí)，NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，450°C～600°時(shí)NO_x轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小或兩反應(yīng)為放熱反應(yīng)
②在上述NO₂和C₃H₆的反應(yīng)中，能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的措施有BC．（填序號(hào)）
A．加入催化劑 B．降低溫度     C．分離出H₂O（g） D．增大壓強(qiáng)
（4）CO分析儀以燃料電池為工作原理，其裝置如圖2所示．該電池中電解質(zhì)為氧化釔-氧化鈉，其中O^2-可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動(dòng)．工作時(shí)多孔電極a的電極反應(yīng)方程式為CO+O^2--2e^-=CO₂．
．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式的加減得出NO與CO催化轉(zhuǎn)化成N₂和CO₂的化學(xué)方程式，焓變相應(yīng)的加減，從而得出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）利用三段式可計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算速率，根據(jù)平衡常數(shù)的定義計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）①根據(jù)圖象分析，NO轉(zhuǎn)化效率比NO₂ 的低；在250°C-450°C時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，450°C-600°C時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小；
②根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響分析，溫度越高（450度），二氧化氮的轉(zhuǎn)化率越小，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；
（4）本質(zhì)是CO與氧氣反應(yīng)生成CO₂，CO在a極發(fā)生氧化反應(yīng)，故a為負(fù)極．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案為：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（2）①根據(jù)表中的有關(guān)數(shù)據(jù)，在4s時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，利用三段式，
                         2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
起始（×10^-4mol•L^-1）     10.0      3.60      0        0
3s轉(zhuǎn)化（×10^-4mol•L^-1）   8.5       8.5      4.25
3s時(shí)（×10^-4mol•L^-1）     1.5       2.75
平衡轉(zhuǎn)化（×10^-4mol•L^-1） 9.00      9.00     4.50      9.00
平衡（×10^-4mol•L^-1）     1.00      2.70     4.50      9.00
前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率為V（N₂）=0.5v（NO）=0.5×$\frac{7.5×1{0}^{-4}}{2}$=1.875×10^-4mol/（L．s）； T₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{9.0{0}^{2}×4.50}{2.7{0}^{2}×1.0{0}^{2}}$×10⁴=5000，
故答案為：1.875×10^-4mol/（L．s）；5000；
（3）①通過(guò)圖象知，NO轉(zhuǎn)化效率比NO₂ 的低；在250°C-450°C時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，450°C-600°C時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減�。�
故答案為：低；在250°C-450°C時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，450°C-600°C時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減��；
②根據(jù)圖象知，溫度越高（450度），二氧化氮的轉(zhuǎn)化率越小，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；
A、催化劑只改變反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，不改變化學(xué)平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，增大二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，故B正確；
C、分離出H₂O（g），減少生成物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，增大二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D、該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；            
（4）本質(zhì)是CO與氧氣反應(yīng)生成CO₂，CO在a極發(fā)生氧化反應(yīng)，故a為負(fù)極，b為正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，O^2-由電極b流向電極a，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+O^2-═CO₂，故答案為：CO-2e^-+O^2-═CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查反應(yīng)速率的計(jì)算、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素、蓋斯定律、原電池、電解池等知識(shí)，難度中等，答題時(shí)注意蓋斯定律的應(yīng)用時(shí)，方程式加減，焓變也應(yīng)相應(yīng)的加減，注意化學(xué)原理的基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．