问题 填空题

(16分)汽车尾气是城市空气的主要污染物之一,其主要有害成分是CO、氮氧化物(NOx)等。

(1)NOx产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N2和O2反应,其能量变化值如右图所示,

则:N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=    

(2)汽车尾气中CO、NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图一。

① NO与CO混存时,相互反应的化学方程式为                              

② 1000K,n(NO)/n(CO)=5:4时,NO的转化率为75%,则CO的转化率约为       

③ 由于n(NO)/n(CO)在实际过程中是不断变化的,保证NO转化率较高的措施是将温度大约控制在              K之间。

(3)汽车尾气中NOx有望通过燃料电池实现转化。已经有人以 NO2、O2和熔融NaNO3制成了燃料电池,其原理如图二。

① 图中石墨Ⅱ为电池的             极。

② 在该电池使用过程中,石墨I电极上的产物是氧化物Y,其电极反应式为      

(4)甲醇也可用于燃料电池。工业上采用反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0合成甲醇。

① 在恒容密闭反应器中,H2的平衡转化率与温度、压强的关

系如图三所示,则A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的

大小关系为        

② 某高温下,将6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中发生

反应,达到平衡后测得c(CO2)=2.0mol·L-1,则该温度下反应的平

衡常数值为      

答案

(16分,每空2分)

(1) +183 kJ·mol-1(2分,未写单位、未写“+”均扣1分) 

(2)①2CO+2NO=N2 +2CO2(2分,未配平扣1分); ②93%(按NO转化率算得结果为93.75%,但因受NO自身分解的影响,实际值会与计算值有差距,所以回答93.75%及相近的值都给分) ③800—900

(3)正  NO2+NO3-e=N2O5

(4)①KA=KB>KC  ②1/2

题目分析:(1)由图可知,氮气分子的共价键断裂需要吸收945kJ的能量,氧气分子的共价键断裂需要吸收498kJ的能量,而2N与2O结合成2个NO分子放出1260kJ的能量,所以△H=945+498-1260=+183kJ/mol;

(2)①NO与CO混存时,生成氮气和二氧化碳,化学方程式为2CO+2NO=N2 +2CO2

②1000K,n(NO)/n(CO)=5:4时,NO的转化率为75%,设NO的物质的量是5mol,则CO的物质的量是4mol,消耗NO的物质的量是5mol×75%=3.75mol,则消耗CO 的物质的量是3.75mol,所以CO的转化率为3.75mol/4mol×100%=93.75%;

③由图一可知无论n(NO)/n(CO)为何值,800-900K时NO的转化率较高,超过900K,尽管有CO存在时的NO的转化率仍在升高,但无CO时NO的转化率却在下降,所以最适宜的温度是800-900K之间;

(3)氧气发生还原反应,所以通入氧气的极是电池的正极;石墨I通入的是二氧化氮气体,发生氧化反应,二氧化氮中N元素的化合价是+4价,N元素化合价升高只能升高到+5价,所以氧化物Y是N2O5,电极反应式为NO2+NO3-e=N2O5

(4)①A、B点的温度相同,所以平衡常数相同;C点温度高于B,温度升高,对正反应不利,平衡产生减小,所以三者的大小关系是KA=KB>KC

②6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中发生CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 平衡后测得c(CO2)=2.0mol·L-1,则消耗二氧化碳的浓度是1mol/L,消耗氢气的浓度是3mol/L,生成的甲醇和水蒸气的浓度都是1mol/L,氢气的平衡浓度是mol/L,所以K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c(H2)3=1/2

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