Question

汽车在现代生活中扮演着越来越重要的角色，但其尾气（碳氢化合物、氮氧化物及一氧化碳等）带来的环境污染越来越明显，机动车废气排放已成为城市大气污染的重要来源．

（1）在汽车尾气系统中安装催化转换器，可有效减少尾气中的CO、NOx 和碳氢化合物等废气．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol
2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H₃则△H₃=

 

kJ?mol^-1．
（2）气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0
①汽车启动后，气缸内温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是

 

．
②1mol空气中含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃时在含1mol空气的密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol．计算该温度下的平衡常数K≈

 

．
（3）尾气中的CO主要来自于汽油不完全燃烧．
①有人设想按下列反应除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ?mol^-1，简述该设想能否实现的依据：

 

．
②测量汽车尾气的浓度常用电化学气敏传感器，其中CO传感器可用如图1简单表示，则阳极发生的电极反应为

 

．
（4）汽车尾气中的CO可转化为甲烷，方程式为CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．其他条件相同时，H₂的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图2所示．
①该反应的△H

 

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，得到反应焓变；
（2）①依据影响化学反应速率和化学平衡的因素分析判断；
②结合化学三段式列式计算平衡浓度，平衡常数等于生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积计算；
（3）①依据反应自发进行的条件是△H-T△S＜0分析判断；
②依据电解原理分析，阳极是失电子发生氧化反应的物质，结合图示可知是一氧化碳失电子生成二氧化碳；
（4）①由图可知，压强一定时，升高温度，平衡时氢气的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高；

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180kJ/mol
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol
依据盖斯定律计算②×2-①得到：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂（g）+N₂（g）△H₃ =-746KJ/mol；
故答案为：-746；
（2）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反应时气体体积不变的吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡右移，单位时间内NO排放量越大；
故答案为：温度升高，反应速率加快，平衡右移；
②1mol空气中含有0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃时在含1mol空气的密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol．
              N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）
起始量（mol） 0.8    0.2        0
变化量（mol） 4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡量（mol） 0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-4 8×10^-4
反应前后气体物质的量不变，用气体物质的量代替平衡浓度计算平衡常数K=

(8×10-4)2

(0.8-4×10-4)×(0.2-4×10-4)

≈4×10^-6；
故答案为：4×10^-6；
（3）①2CO（g）═2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ?mol^-1，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；
故答案为：该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行；
②阳极是失电子发生氧化反应的物质，结合图示可知是一氧化碳失电子生成二氧化碳同时生成氢离子，电极反应为：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
故答案为：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
（4）①由图可知，压强一定时，升高温度，平衡时氢气的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，故△H＜0，故答案为：＜；
②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高，
故答案为：相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高；

点评：本题考查热化学方程式书写、化学平衡影响因素、平衡常数计算等，注意利用三段式计算，难度中等．