Question

目前，全國(guó)多個(gè)地區(qū)為霧霾所困，氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物有多種方法．
（1）在汽車上安裝三效催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NO_x、碳?xì)浠�合物）進(jìn)行相互反應(yīng)，生成無(wú)毒物質(zhì)，減少汽車尾氣污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
①汽車啟動(dòng)后，汽缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是

 

．
②汽車尾氣中轉(zhuǎn)化器中發(fā)生的反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

．
③在一定溫度下，在密閉容器中充入NO和CO，t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)．如圖1，在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，在其他條件不變的情況下，t₃時(shí)刻達(dá)到新的平衡狀態(tài)．請(qǐng)?jiān)趫D1中補(bǔ)充畫出從t₂到t₄時(shí)刻正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化曲線：

④如果要凈化汽車尾氣同時(shí)提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施是

 

．
A．降低溫度                B．增大壓強(qiáng)同時(shí)加催化劑
C．升高溫度同時(shí)充入N₂       D．及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走
（2）壓縮天然氣（CNG）汽車的優(yōu)點(diǎn)之一是利用催化技術(shù)能夠?qū)�NO_x轉(zhuǎn)變成無(wú)毒的CO₂和N₂．在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
CH₄（g）+2NO₂（g）

催化劑

N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0
在不同溫度、不同投料比時(shí)，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率見表：

投料比[ n(NO2) n(CH4) ]	400K	500K	600K
1	60%	43%	28%
2	45%	33%	20%

①寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

 

．
②若溫度不變，提高[

n(NO2)

n(CH4)

]投料比，則K將

 

．（填“增大”、“減小”或“不變”．）
③400K時(shí)，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04mol，充入一裝有催化劑的容器中，充分反應(yīng)后，平衡時(shí)NO₂的體積分?jǐn)?shù)

 

．
（3）圖2為連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)氮氧化物（NO_x）的儀器動(dòng)態(tài)庫(kù)侖儀的工作原理示意圖．則NiO電極上NO發(fā)生的電極反應(yīng)式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響進(jìn)行判斷；根據(jù)△G=△H-T?△S進(jìn)行判斷，如△G＜0，則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，如△G＞0，則不能自發(fā)進(jìn)行；
②依據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算出該反應(yīng)的焓變；
③增大容器體積，減小了壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率減小，平衡向著氣體體積增大的方向移動(dòng)，據(jù)此畫出從t₂到t₄時(shí)刻正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化曲線；
④根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷；
（2）①依據(jù)化學(xué)方程式結(jié)合平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達(dá)式；
②平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度變化；
③400K時(shí)，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04mol，二氧化氮轉(zhuǎn)化率為60%，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
（3）根據(jù)圖片知，鉑電極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)而作正極，NiO電極上NO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則NiO為負(fù)極，正極上電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-═2O^2-，負(fù)極上電極反應(yīng)式為：NO-2e^-+O^2-═NO₂，結(jié)合電池內(nèi)部離子移動(dòng)方向判斷．

解答： 解：（1）①由于升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡朝生成NO的方向移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大；由于反應(yīng)2CO（g）═2C（s）+O₂（g）中△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡朝生成NO的方向移動(dòng)；不可行，因?yàn)椤鱄＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發(fā)進(jìn)行；
②：a、N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1
b、2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1
c、C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1
根據(jù)蓋斯定律可得：c×2-a-b，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
故答案為：-746.5 kJ?mol^-1；
③在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，則正逆反應(yīng)速率均是減小的，但平衡向正反應(yīng)方向一定，所以正確的圖象應(yīng)該是（見答案）．在t₂時(shí)刻，將容器的容積迅速擴(kuò)大到原來(lái)的2倍，則正逆反應(yīng)速率均是減小的，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正確的圖象應(yīng)該是，
故答案為：；
 ④2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ?mol^-1，
A．降低溫度，反應(yīng)速率會(huì)減小，無(wú)法通過(guò)反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；               
B．增大壓強(qiáng)同時(shí)加催化劑，增大壓強(qiáng)后，平衡向著正向移動(dòng)，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，且反應(yīng)速率增大，使用催化劑，反應(yīng)速率加快，故B正確；
C．升高溫度同時(shí)充入N₂，升高溫度平衡向著逆向移動(dòng)，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．及時(shí)將CO₂和N₂從反應(yīng)體系中移走，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，但是反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤
故答案為：B；
（2）①在恒壓下，將CH₄（g）和NO₂（g）置于密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)③CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式是利用平衡狀態(tài)生成物濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度冪次方乘積，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式 K=

c(N2)c(CO2)c2(H2O)

c(CH4)c2(NO2)

，
故答案為：

c(N2)c(CO2)c2(H2O)

c(CH4)c2(NO2)

；
②平衡常數(shù)K不受濃度和壓強(qiáng)的影響，只受溫度的影響，溫度不變K不變，故答案為：不變；
③400 K時(shí)，將投料比為1的NO₂和CH₄的混合氣體共0.04 mol，二氧化氮轉(zhuǎn)化率為60%，充入一裝有催化劑的容器中，充分反應(yīng)后，則
        CH₄（g）+2NO₂（g）

催化劑 .

△

  N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
n始     0.02        0.02          0        0          0
n轉(zhuǎn)    0.006  0.02×0.6=0.012   0.006    0.006      0.012
n平    0.014       0.008        0.006    0.006      0.012
平衡時(shí)NO₂的體積分?jǐn)?shù)=

0.008mol

0.014mol+0.008mol+0.006mol+0.012mol

×100%=17.4%，
故答案為：17.4%；
（3）負(fù)極NiO上一氧化氮失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮，電極反應(yīng)式為NO-2e^-+O^2-═NO₂，故答案為：NO-2e^-+O^2-═NO₂；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律計(jì)算，原電池原理應(yīng)用，化學(xué)平衡的建立過(guò)程、化學(xué)平衡的影響因素、有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)，題目難度較大，注意掌握化學(xué)平衡的影響因素，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計(jì)算方法．