Question

【题目】研究氮的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。

I. 已知：①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝＋180.5kJ·mol－1 ②CO的燃烧热△H= - 283 kJ·mol－1

（1）汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物（NO和CO）转化为无毒的大气循环物质，该反应的热化学方程式为_________________________________________________。

（2）一定温度下，在恒容密闭容器中充入1 molNO和2 molCO进行该反应，下列能判断反应达到化学平衡状态的是_______。

①单位时间内消耗a mo1 CO的同时生成2a mol NO

②混合气体的平均相对分子质量不再改变

③混合气体中NO和CO的物质的量之比保持不变

④混合气体的密度不再改变

II. 臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，向甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，分别在T1、T2温度下，经过一段时间后达到平衡。反应过程中n(O2)随时间（t）变化情况见下表：

t/s	0	3	6	12	24	36
甲容器（T1）n(O2)/mol	0	0.36	0.60	0.80	0.80	0.80
乙容器（T2）n(O2)/mol	0	0.30	0.50	0.70	0.85	0.85

（3）T1___T2（填>、<或=，下同），该反应ΔH___0 。简述理由________________________________。

（4）甲容器中，0~3s内的平均反应速率v(NO2)=______________________。

（5）甲容器中NO2平衡转化率为________，T1时该反应的平衡常数为_______________________。

III. 将NO2(g)转化为N2O4(g)，再以N2O4、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y。

（6）石墨I为______极（选填正、负），Y化学式为_________。

（7）II电极反应式为_________________________________________。

Answer 1

【答案】 2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol ②③ > < T1温度下反应速率更快，所以温度更高，T1>T2；T2条件下平衡时，生成n(O2)更多，说明降温平衡正向移动，所以ΔH<0 0.24mol·L－1·s－1 80% 20 L/mol 负 N2O5 O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-

【解析】I. (1)汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物(NO和CO)转化为无毒的大气循环物质生成物为氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为2NO+2CON2+2CO2；根据①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝＋180.5kJ·mol－1，②CO的燃烧热△H= - 283 kJ·mol－1，热化学方程式为CO(g)+ O2(g)= CO2(g) △H= - 283 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将②×2-①得2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=(- 283 kJ·mol－1)×2-(＋180.5kJ·mol－1)=-746.5kJ/mol，故答案为：2NO(g)+2CO(g)N2(g) +2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol；

(2)一定温度下，在恒容密闭容器中充入1 molNO和2 molCO进行2NO+2CON2+2CO2。①单位时间内消耗a mo1 CO的同时生成2a mol NO，表示逆反应速率大于正反应速率，不是平衡状态，故错误；②该反应前后气体的质量不变，物质的量减少，混合气体的平均相对分子质量不再改变，表示气体的物质的量不变，能够说明达到了平衡状态，故正确；③混合气体中NO和CO的起始物质的量之比与反应的物质的量之比不同，因此随着反应的进行，物质的量之比发生变化，当物质的量之比保持不变，能够说明达到了平衡状态，故正确；④混合气体的体积和质量始终不变，说明始终密度不变，不能说明是平衡状态，故错误；故选②③；

II. (3)向甲、乙两个体积都为1.0 L的恒容密闭容器中分别充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3，发生反应2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，根据表格数据，T1温度下建立平衡需要的时间短，说明T1＞T2，平衡时，T1温度下n(O2)大于T2温度下n(O2)，说明降低温度，平衡正向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，故答案为：>；<；T1温度下反应速率更快，所以温度更高，T1>T2；T2条件下平衡时，生成n(O2)更多，说明降温平衡正向移动，所以ΔH<0；

(4)甲容器中，0~3s内的平均反应速率v(O2)= =0.12 mol·L－1·s－1，则v(NO2)=2 v(O2)= 0.24 mol·L－1·s－1，故答案为：0.24 mol·L－1·s－1；

(5)平衡时，甲容器中O2为0.80mol，则反应的NO2为1.60mol，NO2平衡转化率为×100%=80%；T1时该反应的平衡常数K== 20 L/mol，故答案为：80%；20 L/mol；

III.(6)通入氧气的电极为正极，即石墨II电极为正极，则石墨I为负极；以N2O4、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，N2O4在负极失电子发生氧化反应，元素化合价升高为+5价，氧化物为N2O5，故答案为：负；N2O5；

(7)根据图示，N2O4在负极(石墨I)失电子发生氧化反应生成Y，电极反应式为N2O4+2NO3--2e-=2N2O5，Y和氧气在石墨II电极上发生还原反应生成NO3-，电极反应式为O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-，故答案为：O2 +4e- +2N2O5 =4NO3-。