Question

4．汽车尾气是造成空气污染的原因之一，汽车三元催化器中的催化剂将增强汽车尾气中 CO、C、H，和NO三种气体的活性．使它们相互反应生成无污染气体除去，
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO（g）十2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g），在密闭容器中发生该反应反位时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线如图所示．据此判断：
①汽车三元催化器正常工作时出气口温度通常比进气口温度高（填“高”或“低”）．
②在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
③当固体催化剂的质量-定时．增大其表面积可提高催化剂效能，若等质量的催化剂的表面积S₁＞S₂，在图中画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（2）C₂H₂也可在催化剂作用下还原NO，从而消除氢氧化物的污染．
①已知甲烷还原NO的过程：CH₄（g）十 4NO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2N₂（g）十CO₂（ g）十 2H₂0（g）△H＜0
该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$：温度升高K值减小（填“增大”或“减小”）．
②一定条件下，将CH₄（g）和NO₂（g）置于密闭容器中，也可以发生化学反应：
CH₄（g）+2NO₂（g ）$\stackrel{催化剂}{?}$N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，能提高NO₂转化率的措施有bc（填选项序号）．
a．增加原催化剂的表面积  b．降低温度   c．减小投料比[$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（C{H}_{4}）}$]d．增大压强．

Answer 1

分析 （1）①根据温度对平衡移动的影响判断反应的热效应；
②由图可知，T₂温度平衡时，二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算计算v（CO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（2）①根据平衡常数等于生成物浓度的系数次幂之积除以反应浓度系数次幂之积写平衡常数的表达式，根据温度对平衡移动的影响判断反应的平衡常数的变化；
②根据化学平衡移动影响因素判断．

解答 解：（1）①根据图可知，可知T₁＞T₂，温度越高n（CO₂）越小，平衡逆向移动，所以该反应的正反应方向△H＜0，即为放热反应，所以出气口温度通常比进气口温度高，
故答案为：高；
②由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.1mol/（L•s）=0.05mol/（L•s），
故答案为：0.05mol/（L•s）；
③接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，
故答案为：；
（2）①根据平衡常数等于生成物浓度的系数次幂之积除以反应浓度系数次幂之积，所以K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$，该反应为放热反应，温度时平衡逆向移动，所以平衡常数减小，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}0）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$；减小；
②a．增加原催化剂的表面积，同时加快正逆反应速率，化学平衡不移动，故错误；
b．该反应△H＜0，正反应方向放热，降低温度向正反应方向进行，可提高转化率，故正确；
c．减小投料比，则相当于增大了甲烷浓度，可提高NO₂转化率，故正确；
d．反应前后气体体积之和相同，增大压强化学平衡不发生移动，故错误；
故选：bc．

点评 本题考查影响化学平衡移动的因素和化学平衡常数的表达和应用，难度不大，注意分析化学平衡中有关曲线的变化规律，仔细观察图象．