Question

9．汽車(chē)尾氣中含CO、NO_x、碳?xì)浠�合物等廢氣，在汽車(chē)上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器可使這些尾氣生成無(wú)毒物質(zhì)，減少汽車(chē)尾氣污染．
（1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則（Ⅳ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（2）反應(yīng)（Ⅳ）△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”），在低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下能自發(fā)進(jìn)行；
（3）如圖1所示，將NO和CO以一定的流速通過(guò)兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)（Ⅳ），相同時(shí)間內(nèi)測(cè)量逸出氣體中NO含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率），結(jié)果如圖所示．

以下說(shuō)法正確的是：D
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高        B．相同條件下，改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率沒(méi)有影響
C．曲線(xiàn)①、②最高點(diǎn)表示此時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率最高    D．催化劑分別適用于55℃和75℃左右脫氮
（4）某研究小組在實(shí)驗(yàn)室用某新型催化劑對(duì)CO、NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如圖2所示．
①若不使用CO，溫度超過(guò)775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
②在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在870℃左右．
（5）在某溫度下，2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol進(jìn)行反應(yīng)（Ⅳ），測(cè)得NO物質(zhì)的量變化如圖3所示：
5分鐘末反應(yīng)達(dá)到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5，第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.1molN₂，請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫(huà)出到9分鐘末反應(yīng)達(dá)到平衡NO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)．
（6）NO_x是大氣污染物之一，科學(xué)家們?cè)趪L試用更科學(xué)的方法將NO_x脫氮轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的N₂，減少對(duì)大氣的污染．下列物質(zhì)可以作為脫氮?jiǎng)┑氖牵篈BD
A．NH₃          B．CH₄           C．KMnO₄           D．尿素．

Answer 1

分析 （1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律：方程式（III）×2-（I）-（II）得到方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據(jù)此計(jì)算；
（2）當(dāng)△H-T△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；
（3）A．催化劑只影響反應(yīng)速率，不會(huì)改變轉(zhuǎn)化率；
B．增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
C．最高點(diǎn)為催化劑活性最高的溫度；
D．根據(jù)圖象判斷，脫氨率最高的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度應(yīng)是最適宜溫度；
（4）①分析圖象的曲線(xiàn)變化特征判斷，升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低；
②根據(jù)圖象分析最佳溫度；
（5）已知反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達(dá)到平衡時(shí)NO為0.2mol，利用三段式求出平衡濃度，再根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算；第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根據(jù)Qc=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算，然后比較Qc與K的大小關(guān)系判斷移動(dòng)方向，再作圖；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的N₂，需要加還原劑，據(jù)此分析．

解答 解：（1）已知：（Ⅰ） N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
（Ⅱ）2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
（Ⅲ）C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律：方程式（III）×2-（I）-（II）得到方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=（-393.5kJ/mol）×3-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol；
故答案為：-746.5 kJ/mol；
（2）已知（Ⅳ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol，該反應(yīng)為氣體體積減少的反應(yīng)，所以△S＜0，若要△H-T△S＜0，T的數(shù)值必須較小，即在低溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：＜；低溫；
（3）A．催化劑不會(huì)影響轉(zhuǎn)化率，只影響反應(yīng)速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率沒(méi)有影響，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，脫氮率減小，故B錯(cuò)誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點(diǎn)為催化劑活性最大的狀態(tài)，與平衡轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．兩種催化劑分別在55℃和75℃左右催化效率最高，說(shuō)明此時(shí)催化劑的活性最大，故D正確；
故選：D．
（4）①升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱，則NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進(jìn)行；
故答案為：NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進(jìn)行；
②由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%，所以應(yīng)控制的最佳溫度在870℃；
故答案為：870℃；
（5）已知反應(yīng)為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達(dá)到平衡時(shí)NO為0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4      0.4      0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.2      0.2     0.1      0.2
平衡（mol）：0.2      0.2     0.1      0.2
則K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（\frac{0.2}{2}）^{2}×（\frac{0.1}{2}）}{（\frac{0.2}{2}）^{2}×（\frac{0.2}{2}）^{2}}$=5；
第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，則c（NO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
c（N₂）=$\frac{0.1mol+0.3mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=$\frac{0.2mol+0.2mol}{2L}$=0.2mol/L，
Qc=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=5=K，說(shuō)明是平衡狀態(tài)，所以第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡狀態(tài)，但是NO的物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，作圖為；
故答案為：；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脫氮轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的N₂，需要加還原劑，NH₃、CH₄、尿素均可作還原劑，KMnO₄是常用的氧化劑，所以ABD正確；
故答案為：ABD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡移動(dòng)問(wèn)題，化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素、意義，反應(yīng)速率計(jì)算等，難度中等，本題注意分析圖象曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)，側(cè)重于考查學(xué)生的讀圖能力和分析能力．