Question

（16分）汽车尾气是城市空气的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。
（1）NOx产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N₂和O₂反应，其能量变化值如右图所示，

则：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H=　　  。
（2）汽车尾气中CO、NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图一。

① NO与CO混存时，相互反应的化学方程式为                              。
② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4时，NO的转化率为75%，则CO的转化率约为       。
③ 由于n(NO)/n(CO)在实际过程中是不断变化的，保证NO转化率较高的措施是将温度大约控制在              K之间。
（3）汽车尾气中NO_x有望通过燃料电池实现转化。已经有人以 NO₂、O₂和熔融NaNO₃制成了燃料电池，其原理如图二。
① 图中石墨Ⅱ为电池的             极。
② 在该电池使用过程中，石墨I电极上的产物是氧化物Y，其电极反应式为      。
（4）甲醇也可用于燃料电池。工业上采用反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH<0合成甲醇。
① 在恒容密闭反应器中，H₂的平衡转化率与温度、压强的关
系如图三所示，则A、B、C三点处对应平衡常数(K_A、K_B、K_C)的
大小关系为        。

② 某高温下，将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生
反应，达到平衡后测得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，则该温度下反应的平
衡常数值为      。

Answer 1

(16分，每空2分)
（1） +183 kJ·mol^－1（2分，未写单位、未写“+”均扣1分） 
（2）①2CO+2NO＝N₂ +2CO₂（2分，未配平扣1分）； ②93%（按NO转化率算得结果为93.75%，但因受NO自身分解的影响，实际值会与计算值有差距，所以回答93.75%及相近的值都给分） ③800—900
（3）正  NO₂＋NO₃^－ －e^－ ＝N₂O₅
（4）①K_A＝K_B>K_C  ②1/2

试题分析：（1）由图可知，氮气分子的共价键断裂需要吸收945kJ的能量，氧气分子的共价键断裂需要吸收498kJ的能量，而2N与2O结合成2个NO分子放出1260kJ的能量，所以△H=945+498-1260=+183kJ/mol；
（2）①NO与CO混存时，生成氮气和二氧化碳，化学方程式为2CO+2NO＝N₂ +2CO₂；
②1000K，n(NO)/n(CO)=5:4时，NO的转化率为75%，设NO的物质的量是5mol，则CO的物质的量是4mol,消耗NO的物质的量是5mol×75%=3.75mol，则消耗CO 的物质的量是3.75mol，所以CO的转化率为3.75mol/4mol×100%=93.75%；
③由图一可知无论n(NO)/n(CO)为何值，800-900K时NO的转化率较高，超过900K，尽管有CO存在时的NO的转化率仍在升高，但无CO时NO的转化率却在下降，所以最适宜的温度是800-900K之间；
（3）氧气发生还原反应，所以通入氧气的极是电池的正极；石墨I通入的是二氧化氮气体，发生氧化反应，二氧化氮中N元素的化合价是+4价，N元素化合价升高只能升高到+5价，所以氧化物Y是N₂O₅，电极反应式为NO₂＋NO₃^－ －e^－ ＝N₂O₅
（4）①A、B点的温度相同，所以平衡常数相同；C点温度高于B，温度升高，对正反应不利，平衡产生减小，所以三者的大小关系是K_A＝K_B>K_C；
②6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) 平衡后测得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，则消耗二氧化碳的浓度是1mol/L,消耗氢气的浓度是3mol/L，生成的甲醇和水蒸气的浓度都是1mol/L,氢气的平衡浓度是mol/L,所以K=c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c(H₂)³=1/2