Question

6．2015年九月末爆发的德国大众柴油车尾气排放作弊事件引起了公众的关注．柴油车尾气中常含有大量氮氧化物，通常会采用喷射尿素溶液的方法，将有毒的氮氧化物还原成无污染的物质．大众选择了一种违规做法，即在客户平时用车时不开启喷射尿素的尾气后处理系统，而是通过软件让这一系统只在尾气排放检测时启动
Ⅰ、通过NO_x传感器可监测空气的NO_x的含量，其工作原理图如图1，写出NiO电极的电极反应式NO+O^2--2e^-=NO₂；

Ⅱ、以CO₂与NH₃为原料可合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）-44.0kJ•mol^-1
（1）写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（2）恒温下将0.8molNH₃和0.4molCO₂放入容积为4L的密闭容器中，反应生成NH₂CO₂NH₄（s），t₁时达到平衡．则平衡时CO₂的转化率是75%．若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到2L．请画出t₁后c（CO₂）随时间t变化曲线（如图2）（t₂达到新的平衡）．
Ⅲ、尿素在一定温度下可分解生成NH₃，NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．已知：
反应a：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）
反应b：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）
反应c：4NH₃（g）+6NO₂（g）═5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）
（1）相同条件下，反应a在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产物N₂的量随时间变化如图3所示．下列说法正确的是CD．
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
C．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
（2）一定条件下，反应II达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它条件不变时，再充入NO₂气体，NO₂体积分数变大（填“变大”、“变小”或“不变”）；
（3）恒温恒容容器中，反应c达到平衡；若起始投料相同，起始温度和压强相同，若反应在恒温恒压容器中进行，则NH₃的转化率将变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 I、NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮；
Ⅱ、（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式；
（2）转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，根据压强对反应速率的影响画出t1后c（CO₂）随时间t变化趋势曲线；
III、（1）A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低；
B．改变压强，活化分子百分数不变；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，正逆速率相同则反应已经达到平衡；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小；
（2）恒温恒容条件下，反应b达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂气体，NO₂体积分数变大；
（3）恒压容器中压强大于恒容容器中，平衡正向进行，转化率增大．

解答 解：I、NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，NiO为负极，所以电极反应式为：NO+O^2--2e^-=NO₂，
故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂；
Ⅱ、（1）：①2NH₃（g）+CO₂（g）→NH₂CO₂ NH₄（s）+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）→CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）→H₂O（g）-44.0kJ•mol^-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（2）2NH₃+CO₂?NH₂CO₂NH₄，
起始量（mol/L） 0.8          0.4           0
变化量（mol/L）0.6          0.3            0.3
平衡量（mol/L） 0.2         0.1           0.3
CO₂的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.3mol}{0.4mol}$×100%=75%；
保持其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到2L，t₁时二氧化碳的浓度立刻增大为原先的2倍，即由0.025mol变为0.05mol，之后平衡向着正向移动，二氧化碳浓度减小，直至t₂时达到新的平衡，t₂时二氧化碳的浓度一定大于0.025mol，则t₁后c（CO₂）随时间t变化趋势曲线为，
故答案为：75%；；
III、（1）A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，所以该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A错误；
B．增大压强能使反应速率加快，是因为增大了活化分子数，而活化分子百分数不变，故B错误；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，则消耗的NH₃和消耗的水的物质的量之比为4：6，则正逆速率之比等于4：6，说明反应已经达到平衡，故C正确；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故D正确；
故答案为：CD；
（2）恒温恒容条件下，反应b达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2，再充入NO₂气体，虽然平衡逆向移动，但NO₂体积分数还是变大，
故答案为：变大；
（3）正反应是气体体积减小的反应，容器压强恒定，相当于在恒容的条件下增大压强，平衡向正反应进行，NH₃的转化率变大，
故答案为：变大．

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡常数影响因素、反应速率计算、平衡状态的判断、平衡图象的描绘，反应热计算，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力、题目难度中等．