Question

（13分）运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g) △H=Q kJ/mol。在T₁℃时，反应进行到不同时间（min）测得各物质的浓度（mol/L）如下：

时间 浓度	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①0～10min内，NO的平均反应速率v(NO)=______，T₁℃时，该反应的平衡常数K=               ；

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是______（填字母编号）。

a．通入一定量的NO                     b．加入一定量的活性炭

c．加入合适的催化剂                   d．适当缩小容器的体积

③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，则Q______0（填“＞”或“＜”）。

④在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______（填选项编号）。

a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO₂（g）

b．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变

c．混合气体的密度不再发生改变

d．反应体系的压强不再发生改变

（2）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所示，利用以下反应：

NO+CON₂+CO₂（有CO）    2NON₂+O₂（无CO）

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为                      ；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在            左右。

②用C_xH_y(烃)催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染。写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式      。

（3）以NO₂、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，则该电极反应式为                  。

Answer

（1）①0.032mol•L-1•min-1（1分） 0.25（1分） ②ad（1分） ③＜（1分） ④bc（1分）

（2）①该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行(2分)

870℃(850℃到900℃之间都可以)(2分) ②4C2H6＋14NO28CO2＋7N2＋12H2O(2分)

（3）NO2＋NO3-－e－＝N2O5(2分)

【解析】

试题分析：（1）①根据表中数据可知0～10min内，NO的浓度减少了1mol/L—0.68mol/L＝0.32mol/L，则NO的平均反应速率v(NO)＝0.32mol/L÷10min＝0.032mol•L-1•min-1。反应进行到20min时物质的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态。平衡时氮气和CO2的浓度均是0.25mol/L， NO是0.50mol/L，所以根据化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值可知T1℃时，该反应的平衡常数K＝；

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据可知物质的浓度均增大，因此改变的条件可能是通入一定量的NO或适当缩小容器的体积，而催化剂不能改变平衡状态，答案选ad。

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3：1：1，则此时平衡常数K＝＜0.24，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则正方应是放热反应，所以Q＜0。

④在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO2（g）均表示逆反应方向，不能说明反应达到平衡状态，a错误；b．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，物质的量不变，但质量是变化的，因此混合气体的平均相对分子质量不再发生改变可以说明反应达到平衡状态，b正确；c．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变化的，则混合气体的密度不再发生改变可以说明反应达到平衡状态，c正确；d．根据方程式可知反应前后压强始终是不变的，则反应体系的压强不再发生改变不能说明反应达到平衡状态，d错误，答案选bc。

（2）①由于该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，所以若不使用CO，温度超过775 ℃，NO的分解率降低；根据曲线I可知在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，温度为870℃左右时转化率最高，因此应控制最佳温度在870℃左右。

②C2H6与NO2发生反应生成氮气、CO2和水，反应的化学方程式为4C2H6＋14NO28CO2＋7N2＋12H2O。

（3）根据装置图可知石墨电极IA通入的是NO2，因此该电极是负极，NO2失去电子转化为N2O5，反应的电极反应式为NO2＋NO3-－e－＝N2O5。

考点：考查热化学方程式、外界条件对平衡状态的影响、计算、平衡状态判断及电极反应式书写等