Question

【題目】研究氮的氧化物、碳的氧化物等大氣污染物的處理具有重要意義。

I. 已知：①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝＋180.5kJ·mol－1 ②CO的燃燒熱△H= - 283 kJ·mol－1

（1）汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉(zhuǎn)化器，可使尾氣中主要污染物（NO和CO）轉(zhuǎn)化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________________________________________。

（2）一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 molNO和2 molCO進(jìn)行該反應(yīng)，下列能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______。

①單位時間內(nèi)消耗a mo1 CO的同時生成2a mol NO

②混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

③混合氣體中NO和CO的物質(zhì)的量之比保持不變

④混合氣體的密度不再改變

II. 臭氧是理想的煙氣脫硝試劑，其脫硝反應(yīng)為2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，向甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分別在T1、T2溫度下，經(jīng)過一段時間后達(dá)到平衡。反應(yīng)過程中n(O2)隨時間（t）變化情況見下表：

t/s	0	3	6	12	24	36
甲容器（T1）n(O2)/mol	0	0.36	0.60	0.80	0.80	0.80
乙容器（T2）n(O2)/mol	0	0.30	0.50	0.70	0.85	0.85

（3）T1___T2（填>、<或=，下同），該反應(yīng)ΔH___0 。簡述理由________________________________。

（4）甲容器中，0~3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(NO2)=______________________。

（5）甲容器中NO2平衡轉(zhuǎn)化率為________，T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______________________。

III. 將NO2(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(g)，再以N2O4、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如圖所示，在使用過程中石墨I電極反應(yīng)生成一種氧化物Y。

（6）石墨I為______極（選填正、負(fù)），Y化學(xué)式為_________。

（7）II電極反應(yīng)式為_________________________________________。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol ②③ > < T1溫度下反應(yīng)速率更快，所以溫度更高，T1>T2；T2條件下平衡時，生成n(O2)更多，說明降溫平衡正向移動，所以ΔH<0 0.24mol·L－1·s－1 80% 20 L/mol 負(fù) N2O5 O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-

【解析】I. (1)汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉(zhuǎn)化器，可使尾氣中主要污染物(NO和CO)轉(zhuǎn)化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)生成物為氮氣和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO+2CON2+2CO2；根據(jù)①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝＋180.5kJ·mol－1，②CO的燃燒熱△H= - 283 kJ·mol－1，熱化學(xué)方程式為CO(g)+ O2(g)= CO2(g) △H= - 283 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，將②×2-①得2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=(- 283 kJ·mol－1)×2-(＋180.5kJ·mol－1)=-746.5kJ/mol，故答案為：2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol；

(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中充入1 molNO和2 molCO進(jìn)行2NO+2CON2+2CO2。①單位時間內(nèi)消耗a mo1 CO的同時生成2a mol NO，表示逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，不是平衡狀態(tài)，故錯誤；②該反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，表示氣體的物質(zhì)的量不變，能夠說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故正確；③混合氣體中NO和CO的起始物質(zhì)的量之比與反應(yīng)的物質(zhì)的量之比不同，因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，物質(zhì)的量之比發(fā)生變化，當(dāng)物質(zhì)的量之比保持不變，能夠說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故正確；④混合氣體的體積和質(zhì)量始終不變，說明始終密度不變，不能說明是平衡狀態(tài)，故錯誤；故選②③；

II. (3)向甲、乙兩個體積都為1.0 L的恒容密閉容器中分別充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，發(fā)生反應(yīng)2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，T1溫度下建立平衡需要的時間短，說明T1＞T2，平衡時，T1溫度下n(O2)大于T2溫度下n(O2)，說明降低溫度，平衡正向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0，故答案為：>；<；T1溫度下反應(yīng)速率更快，所以溫度更高，T1>T2；T2條件下平衡時，生成n(O2)更多，說明降溫平衡正向移動，所以ΔH<0；

(4)甲容器中，0~3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(O2)= =0.12 mol·L－1·s－1，則v(NO2)=2 v(O2)= 0.24 mol·L－1·s－1，故答案為：0.24 mol·L－1·s－1；

(5)平衡時，甲容器中O2為0.80mol，則反應(yīng)的NO2為1.60mol，NO2平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=80%；T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K== 20 L/mol，故答案為：80%；20 L/mol；

III.(6)通入氧氣的電極為正極，即石墨II電極為正極，則石墨I為負(fù)極；以N2O4、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過程中石墨I電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，N2O4在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價升高為+5價，氧化物為N2O5，故答案為：負(fù)；N2O5；

(7)根據(jù)圖示，N2O4在負(fù)極(石墨I)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Y，電極反應(yīng)式為N2O4+2NO3--2e-=2N2O5，Y和氧氣在石墨II電極上發(fā)生還原反應(yīng)生成NO3-，電極反應(yīng)式為O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-，故答案為：O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-。