Question

（16分）2014年初雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。

（1）汽车尾气净化的主要原理为

2NO（g）＋2CO（g）2CO₂（g）＋N₂（g）。在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面（S）和时间（t）的变化曲线如图所示。据此判断：

①在T₂温度下，0～2 s内的平均反应速率v（N₂）＝________。

②当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S₁>S₂，在上图中画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线。

③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是________________________________________________________。

（2）煤燃烧产生的烟气中有含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。

①已知甲烷的燃烧热为890 kJ·mol^－1；1 mol水蒸气变成液态水放热44 kJ；N₂与O₂生成NO的过程如下，

CH₄（g）＋4NO（g）===2N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g） ΔH＝________。

②在恒压下，将CH₄（g）和NO₂（g）置于密闭容器中，也可以发生化学反应：

CH₄（g）＋2NO₂（g）N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）  ΔH<0，提高NO₂转化率的措施有________。

A．增加原催化剂的表面积       

B．降低温度 

C．减小投料比[n（NO₂）/n（CH₄）]     

D．增大压强

（3）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NO和NO₂。在不同温度下，同时分别发生上述的两个反应：并在t秒时测定其中NO_x转化率，绘得图像如下图所示：

从图中可以得出的结论是_____________________。

结论一：在250～450 ℃时，NO_x转化率随温度升高而增大，450～ 600 ℃时NO_x转化率随温度升高而减小推测原因是______________________________________。

结论二：__________________________________。

Answer

（1）①（2分）0.025 mol·L－1·s－1 ②（2分）如图

③（2分）BD

（2）①（3分）－1 168 kJ·mol－1 ②（2分）BC

（3）（2分）在250～450 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，反应未建立平衡，温度升高反应一定正向进行；450～600 ℃（温度较高）时，反应已达平衡，所以，温度升高平衡逆向移动，NOx转化率随温度升高反而减小

结论二：（3分）相同温度下NO的转化率比NO2的低

【解析】

试题分析：（1） ①从图看出在T2温度下，0～2 s内CO2的浓度变化了0.1 mol·L－1，根据方程式知道N2的浓度变化了0.05 mol·L－1，则v（N2）＝0.05 mol·L－1/2s=0.025 mol·L－1·s－1。②催化剂的表面积S1>S2，在T1、S2条件下达到平衡所用的时间比T1、S1要长，但温度相同最后的状态与T1、S1相同，故图像为：

③从图像中看出T1温度下先达到平衡，故T1温度较高，但CO2的浓度较低，说明反应是放热反应，若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，则体系的而温度会升高，温度升高反应速率加快，但达到平衡时反应速率不变，故A错；温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数变小，B对；达到平衡时 CO2和NO的物质的量不能再改变，故C错；NO的物质的量不再改变，说明反应达到了平衡，D对。（2） ①甲烷的燃烧热为890 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为：CH4（g）+2O2（g＝CO2（g）+2H2O（l） ΔH1＝－890 kJ·mol－1； 1 mol水蒸气变成液态水放热44 kJ，则有：H2O（g） ＝H2O（l） ΔH2＝－44 kJ·mol－1；根据N2与O2生成NO的过程可得：N2（g）+O2（g）＝2NO（g） ΔH3＝+183kJ·mol－1，利用盖斯定律知道CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）的ΔH＝ΔH1－ΔH2×2－ΔH3×2＝－890 kJ·mol－1＋44×2kJ·mol－1－183kJ·mol－1×2＝－1 168 kJ·mol－1。②增大催化剂的表面积会加快反应，但不能使平衡发生移动，不能提高NO2转化率，A错；降低温度平衡向正反应方向移动，可以提高NO2转化率，B对；减小投料比[n（NO2）/n（CH4）] ，相当于增大CH4的浓度，可以提高NO2转化率，C对；增大压强平衡向逆反应方向移动，NO2转化率变小，D错，选BC。（3） 450～ 600 ℃时NOx转化率随温度升高而减小推测原因是：在250～450 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，反应未建立平衡，温度升高反应一定正向进行；450～600 ℃（温度较高）时，反应已达平衡，所以温度升高平衡逆向移动，NOx转化率随温度升高反而减小 。 从图还可以看出NO的转化率曲线在NO2的下面，故可得出结论二为：相同温度下NO的转化率比NO2的低。

考点：化学反应速率的计算、化学图像的分析、化学平衡状态判断、盖斯定律的运用。