Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳氫化合物大氣污染物和水污染物的處理對建設美麗中國具有重要意義。

（1）已知:汽車尾氣中的CO、NOx、碳氮化合物是大氣污染物。使用稀土等催化劑能將CO、NO轉化成無毒物質。

已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol K1(該反應的平衡常數)

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221kJ/mol K2(同上)

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol K3(同上)

寫出NO(g)與CO(g)催化轉化成N2(g)和CO2(g)的熱化學方程式_________，以及該熱化學方程式的平衡常數K=________(用K1、K2、K3表示)

（2）污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應為:2NO2+4CO4CO2+N2 △H=-1200kJ/mol。

①某溫度下，在2L密閉容器中充入0.lmolNO和02m1CO，此時容器的壓強為1個大氣壓，5秒時反應達到平衡時，容器的壓強變?yōu)樵瓉淼?/span>29/30，則反應開始到平衡時NO2的平均反應速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若此溫度下，某時刻測得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、amol/L，要使反應向逆反應方向進行，a的取值范圍_________。

③能使該反應的反應速率增大，且平衡向逆反應方向移動的是_______。

A.及時分離出CO2 B.適當升高溫度

C.減小容器體積使體系壓強增大 D.選擇高效催化劑

（3）電化學降解NO2-的原理如下圖:

①電源的正極是___(填A或B)，陰極反應式為___________。

②若電解過程中轉移了3mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差為______g。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1 K=(K32·K1)/K2 0.002 a>25/8（或a>3.125） B A 16

【解析】（1）NO(g) 與CO(g)催化轉化成N2(g)和CO2(g)的反應可以由③×2-①-②得到，△H=△H3×2-△H1-△H2=-393.5-180.5-（-221）=-746.5因此熱化學方程式為：2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1。此反應的K值也做相應的變換K=K32/K2 .K1

（2）①設達到平衡時CO的濃度改變x，則：

2NO2 + 4CO 4CO2 + N2

起始(mol）： 0.1 0.2 0 0

改變(mol）： x 2x 2x 1/2x

平衡(mol）： 0.1-x 0.2-2x 2x 1/2x

故=，解得x=0.02，v(NO2)= 0.02/5×2=0.002mol/(L·s)

此溫度下，某時刻測得NO2、CO、CO2、 N2的濃度分別為1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、a mol/L，要使反應向逆反應方向進行則=a×0.14/0.44×12＜0.024×0.005/0.042/0.084,解得a>25/8③A.及時分離出CO2 可使平衡向正向移動，反應速率不會增大，A錯誤。B.適當升高溫度，可增大反應速率，此反應是吸熱反應，升溫逆向移動，B正確。C.減小容器體積使體系壓強增大，平衡向氣體物質的量減小的方向移動，即正向移動。C錯誤。D.選擇高效催化劑，只改變反應速率，對平衡沒有影響，D錯誤，本題正確選項為B。（3）①根據電化學降解NO2-的原理圖可知，Ag/Pt電極上NO2-轉化為N2，氮元素化合價從+3價降為0價，被還原，發(fā)生還原反應，作為陰極，則電源B為負極，A為正極。陰極反應式為2NO2-+6e-+4H2O=N2↑+8OH-或2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O②根據圖示裝置，陽極反應為2H2O-4e－=O2↑+4H＋，轉移3mol電子時，陽極消耗1.5mol水，產生3molH+進入陰極室，陽極室質量減少27g；陰極反應為2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O，陰極室中放出0.5molN2（14g），同時有3molH+（6g）進入陰極室，因此陰極室質量減少11g，膜兩側電解液的質量變化差（△m左-△m右）＝27g-11g＝16g。