Question

13．近年来全国各地长期被雾霾笼罩，雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上．已知汽车尾气中的主要污染物为NOx、CO、超细颗粒（PM2.5）等有害物质．目前，已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法．

（1）催化剂存在时用H₂将NO还原为N₂．
图1是一定条件下H₂还原NO生成N₂和1mol水蒸气的能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1．（△H用E₁、E₂、E₃表示）
（2）工业上可采用CO和H₂合成甲醇，发生反应为（I）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H＜0
在恒容密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态．当改变反应的某一个…条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是AC．
A．正反应速率先增大后减小 
B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大 
D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小 
F．氢气的转化率减小
（3）在汽车上安装三元催化转化器可实现反应：（Ⅱ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．则该反应在低温（填-高温‖、-低温‖或-任何温度‖）下能自发进行．
（4）将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应
（Ⅱ）经过相同时间内测量逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率（脱氮率即NO的转化率），结果如图2所示．
以下说法正确的是D
A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．曲线①、②最高点表示此时平衡转化率最高
D．两种催化剂分别适宜于55℃和75℃左右脱氮
（5）在某温度下，2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol进行反应（Ⅱ），测得NO物质的量变化如图3所示，5分钟末反应达到平衡，该反应的平衡常数K=5．第6分钟继续加入0.2mol NO、0.2mol CO、0.2mol CO₂和0.3mol N₂，请在图3中画出到9分钟末反应达到平衡NO的物质的量随时间的变化曲线．
（6）NOx是大气污染物之一，科学家们在尝试用更科学的方法将NOx脱氮转化成无毒的N₂，减少对大气的污染．下列物质可能作为脱氮剂的是ABD
A．NH₃ B．CH₄  C．KMnO₄  D．尿素．

Answer 1

分析 （1）根据能量变化图，反应热=正反应的活化能-逆反应的活化能，再根据热化学反应方程式的书写解答；
（2）当正逆反应速率不相等时，化学平衡会向着正方向或是逆方向进行；
（3）反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（4）A．催化剂只影响反应速率，不会改变转化率；
B．增大压强平衡向逆反应方向移动；
C．最高点为催化剂活性最高的温度；
D．根据图象判断，脱氨率最高的点对应的温度应是最适宜温度；
（5）已知反应为2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol，达到平衡时NO为0.2mol，利用三段式求出平衡浓度，再根据K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$计算；第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根据Qc=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$计算，然后比较Qc与K的大小关系判断移动方向，再作图；
（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脱氮转化成无毒的N₂，需要加还原剂，据此分析．

解答 解：（1）一定条件下H₂还原NO生成N₂和1mol水蒸气，依据能量变化图可知反应放热，反应焓变△H=E₁-E₂，反应的热化学方程式为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1，
故答案为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1；
（2）化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率大于正反应速率时，说明反应是逆向进行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反应速率先增大后减小，说明反应正向进行，故A正确；
B．逆反应速率先增大后减小，说明反应逆向进行，故B错误；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向进行，故C正确；
D．反应物的体积百分含量增大，可能逆向进行，也可能正向进行，不能说明反应正向进行，故D错误；
E．恒容容器中加入生成物，平衡逆向进行，气体质量增大，条件不变，混合气体的密度增大，故E错误；
F．平衡逆向进行氢气的转化率减小，故F错误；
故答案为：AC；
（3）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反应前后气体体积减小△S＜0，低温下满足△H-T△S＜0，即在低温时反应自发进行，
故答案为：低温；
（4）A．催化剂不会影响转化率，只影响反应速率，所以第②种催化剂和第①种催化剂对转化率没有影响，故A错误；
B．反应为体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，脱氮率减小，故B错误．
C．图象研究的是不同催化剂在不同的温度下的活性比较，最高点为催化剂活性最大的状态，与平衡转化率无关，故C错误；
D．两种催化剂分别在55℃和75℃左右催化效率最高，说明此时催化剂的活性最大，故D正确；
故选D．
故答案为：D；
（5）已知反应为2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol，达到平衡时NO为0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4       0.4       0      0
转化（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
平衡（mol）：0.2     0.2       0.1     0.20.2
则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分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，则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，说明是平衡状态，所以第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡状态，但是NO的物质的量变为原来的2倍，作图为；
故答案为：5；；

（6）氮的氧化物具有氧化性，要把NO_x脱氮转化成无毒的N₂，需要加还原剂，NH₃、CH₄、尿素均可作还原剂，KMnO₄是常用的氧化剂，所以ABD正确；
故答案为：ABD．

点评 本题考查化学反应速率与化学平衡移动问题，化学平衡常数及影响因素、意义，反应速率计算等，难度中等，本题注意分析图象曲线的变化趋势，侧重于考查学生的读图能力和分析能力．