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汽车尾气中的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转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。

1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2N2

CH4(g)4NO2(g) 4NO(g)CO2(g)2H2O(g)?? H10

CH4(g)4NO(g) 2N2(g)CO2(g)2H2O(g)???? H20

CH4(g) 2NO2(g) N2(g) CO2(g) 2H2O(g)? H3????????? H1H2表示

2)在恒压下,将CH4(g)NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:

投料比[n(NO2) / n(CH4)]

400 K

500 K

600 K

1

60%

43%

28%

2

45%

33%

20%

 

写出该反应平衡常数的表达式K=?????????

若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K????????? 。(填增大减小不变。)

400 K时,将投料比为1NO2CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数????????

3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1

1???????????????????????????????????? 2

NiO电极上NO发生的电极反应式:????????????????????????????????

收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)V(NO2)=???

4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NONO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:

从图中可以得出的结论是

结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低

结论二:在250-450时,NOx转化率随温度升高而增大,450-600NOx转化率随温度升高而减小

结论二的原因是????????????????????????????????????????????????????

在上述NO2CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________(填编号)

A.改用高效催化剂???? B.降低温度???? C.分离出H2O(g)?????? D.增大压强

E.增加原催化剂的表面积?? F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]

 

【答案】

1?? (1

2?? 1分)???? 不变?? 2分)

17.4%??????? 2分)

3 NO + O2 --2e- = NO2? 2分)

1 : 1?????????????????? 2分)

4 原因是:在250-450时,反应未达到平衡,反应还在正向进行。? 1分)

450-600时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高而减小。(其他合理答案也给分)?? 1分)

BCF???????? 2

【解析】

试题分析:1 即为目标方程式,所以,

2 该反应的平衡常数的表达式

平衡常数K不受浓度和压强的影响,只受温度的影响,温度不变K不变。

400 K时,将投料比为1NO2CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数为:

???????? CH4(g)? +? 2NO2(g) N2(g) CO2(g) 2H2O(g)

n始???? 0.02??????? 0.02????????? 0??????? 0????????? 0

n转??? 0.006? 0.02×0.6=0.012?? 0.006??? 0.006????? 0.012

n平??? 0.014?????? 0.008??????? 0.006??? 0.006????? 0.012

0.014 + 0.008 + 0.006 + 0.006 + 0.012 = 0.046

平衡时NO2的体积分数=

3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪实际上就是应用原电池原理,从图1可知Pt电极(通入O2的一极)为电池的正极,NiO电极(通入NO的一极)为电池的负极,O2 –可以通过固体电解质移向负极。所以,

NiO电极上NO发生的电极反应式:NO + O2 --2e- = NO2

104L(标准状况下)尾气中含NOx的体积为:104L×1.12% = 112L

NOx的物质的量为:

NONO2的物质的量分别为xy mol,根据反应化学方程式

CH4(g) 4NO2(g) 4NO(g) CO2(g)2H2O(g)????

?? 16g??????? 4??????????????? 4

?? m 1???????????? y??????????????? y????? m 1 = 4y

CH4(g) 4NO(g) 2N2(g) CO2(g)2H2O(g)??

16g??????? 4????????

m 2 ????? (x+y)???????????????????? m 2 = 4(x+y)

则: x+y = 54(x+y)+ 4y = 30

解得:x =2.5 mol = 2.5 mol

所以,尾气中V(NO)V(NO2) = 1 1

4从图2 变化曲线分析,结论二的原因是:250-450时,反应未达到平衡,反应还在正向进行;故NOx转化率随温度升高而增大;在在450-600时反应已达到平衡状态,因为该反应是放热反应,此时温度升高平衡逆向移动,故 NOx转化率随温度升高而减小。

由上述NO2CH4反应的化学方程式的特点分析可知: 该反应是放热反应;该反应是扩大气体体积的反应。所以要提高NO2转化率,可降低温度,降低温度能使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;分离出H2O,相当于减小生成物的浓度,使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;减小投料比[n(NO2) / n(CH4)],相当于增加反应物CH4的浓度,使平衡正向移动,从而增大NO2转化率。而使用催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,故NO2转化率不会变化。增大压强,平衡逆移,NO2转化率会减小。因此选B C F

考点:考查化学反应基本理论,涉及氧化还原反应、化学反应速率与化学平衡、化学反应与能量变化、电化学等

 

练习册系列答案
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汽车尾气中的NO是造成大气污染的物质之一,但NO又是工业生产硝酸的中间产物,另外NO在人体的血管系统内促进血管扩张作用,有三位教授因此项研究成果而获得诺贝尔奖.
(1)下列选项与NOx对环境的污染无关的是
 

A.酸雨    B.赤潮    C.光化学烟雾    D.温室效应
(2)在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器,可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体,该反应的化学方程式为
 
,反应中氧化剂是
 

(3)氨气也可以用于处理氮氧化物,例如,氨气与二氧化氮发生如下反应:6NO2+8NH3=7N2+12H2O,标出反应的电子转移的数目和方向
 
,在反应中还原剂是
 

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“生态马路”是运用光触媒技术,即在马路上铺设“光触媒”(如二氧化钛)物质,将空气中的氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫等污染物在催化剂表面转化、分解成对人体、环境基本无害的物质.下列有关说法不正确的是(  )

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某混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮.汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低了汽油的消耗;在刹车和下坡时电动机处于充电状态.

(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃料,汽油(以辛烷C8H18计)和氧气充分反应,每生成1 mol水蒸气放热569.1 kJ.则该反应的热化学方程式为________.

(2)混合动力车的电动机目前一般使用的是镍氢电池,镍氢电池采用镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解液.镍氢电池充放电原理示意如图,其总反应式是:

H2+2NiOOH2Ni(OH)2

根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的pH将________(填“增大”、“不变”或“减小”),该电极的电极反应式为________.

(3)汽车尾气中的一氧化碳是大气污染物,可通过如下反应降低其浓度:CO(g)+1/2O2(g)CO2(g).

①某温度下,在两个容器中进行上述反应,容器中各物质的起始浓度及正逆反应速率关系如下表所示.请填写表中的空格.

②相同温度下,某汽车尾气中CO、CO2的浓度分别为1.0×10-5 mol·L-1和1.0×10-4mol·L-1.若在汽车的排气管上增加一个补燃器,不断补充O2并使其浓度保持为1.0×10-4 mol·L-1,则最终尾气中CO的浓度为________mol·L-1

(4)汽车尾气中的NOx是另一种大气污染物,可用NH3在催化剂存在下净化,写出该反应的化学方程式________.当参加反应的NH3在标准状况下体积为a L时,还原产物的质量为________g

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列叙述错误的是(    )

A.汽车尾气中的NOx是造成光化学烟雾的唯一因素

B.空气中SO2、NOx等是形成酸雨的重要原因

C.冬天撒盐融雪能造成土壤和水污染

D.河流入海口处形成的三角洲是海水使河水泥沙胶体凝聚的结果

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