Question

2013年12月杭州多日被霧霾籠罩，有報(bào)道稱霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NO_x、CO、燃燒源超細(xì)顆粒（PM2.5）等有害物質(zhì)．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．
Ⅰ．在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低NO_X的排放．
已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-1
（1）尾氣轉(zhuǎn)化的反應(yīng)之一：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
（2）已知：N₂、O₂分子中化學(xué)鍵的鍵能分別是946kJ?mol^-1、497kJ?mol^-1，則NO分子中化學(xué)鍵的鍵能為

 

kJ?mol^-1．
（3）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．圖1表示在其他條件不變時(shí)，反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度[c（NO）]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖1中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
Ⅱ．還原法．用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂ （g）△H．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol?L-1 時(shí)間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（保留兩位小數(shù)）．
（2）30min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是

 

．
（3）若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為 5：3：3，則該反應(yīng)的
△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
Ⅲ．變廢為寶．
（1）CO可用于合成CH₃OH，反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在一定溫度壓強(qiáng)下（甲醇為氣體），在容積為2L的密閉容器中通入0.2mol CO與0.4mol H₂，達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率50%，再加入1.0mol CO后重新達(dá)到平衡，則CO的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”、“不變”或“減小”），CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）；
（2）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨I(xiàn)電極反應(yīng)生成一種氧化物 Y，有關(guān)電極反應(yīng)可表示為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）根據(jù)蓋斯定律來(lái)解答；
（2）根據(jù)舊鍵斷裂吸收的能量減去新鍵生成釋放的能量值即為反應(yīng)熱；
（3）催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時(shí)間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度相同，據(jù)此作圖．
Ⅱ．Ⅰ（1）當(dāng)20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

計(jì)算；
（2）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮?dú)獾臐舛仍龃�，說(shuō)明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)；
（3）根據(jù)濃度比值的變化來(lái)確定移動(dòng)方向；
Ⅲ．（1）根據(jù)增加一種物質(zhì)的濃度，會(huì)提高另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，但本身的轉(zhuǎn)化率降低，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)減少；
（2）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)；

解答： 解：Ⅰ．（1）a：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
c：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，由2c-a-b得到：NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
故答案為：-746.5 kJ/mol；
（2）反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ?mol^-1，可設(shè)NO分子中化學(xué)鍵的鍵能為X，則有：946kJ?mol^-1+497kJ?mol^-1-2X=180.5kJ?mol^-1，得：X=632.25kJ?mol^-1，
故答案為：631.25；
（3）催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時(shí)間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)NO的濃度相同，故c（NO） 在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為：；故答案為：；                
Ⅱ．（1）當(dāng)20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56；
故答案為：0.56；
（2）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮?dú)獾臐舛仍龃�，說(shuō)明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)；
故答案為：分離出了二氧化碳；
（3）30min時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0；
故答案為：＜；
Ⅲ．（1）加入1.0molCO后重新達(dá)到平衡，則CO的轉(zhuǎn)化率降低，H₂轉(zhuǎn)化率升高，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)減少；
故答案為：減少；減少；
（2）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡圖象以及電極反應(yīng)方程式的書寫等，難度不大，（3）中注意根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷溫度高低是關(guān)鍵，作圖時(shí)注意到達(dá)平衡的時(shí)間與平衡時(shí)NO的濃度．