Question

汽车尾气排放的一氧化碳、氮氧化物等气体已成为大气污染的主要来源：

(1)汽车发动机工作时会引发N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)△H=+180kJ•mol^﹣1，其能量变化示意图如下：

则NO中氮氧键的键能为        kJ•mol^﹣1；

(2)空燃比过小易产生CO．有人提出可以设计反应2CO(g)=2C(s)+O₂(g)来消除CO的污染．判断该设想是否可行           ，并说出理由

(3)利用活性炭涂层排气管处理NOx的反应为：xC(s)+2NO_x(g)⇌N₂(g)+xCO₂ (g)△H=﹣b kJ•mol^﹣1．若使NO_x更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是           ；

A．增加排气管长度 B．增大尾气排放口 C．升高排气管温度  D．添加合适的催化剂

(4)催化装置中涉及的反应之一为：2NO(g)+2CO(g)⇌N₂(g)+2CO₂(g)．

①探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到图2所示的曲线．催化装置比较适合的温度和压强是           ；

②测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图3所示．则前10s 内，CO和NO百分含量没明显变化的原因是               ；

③研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了以下三组实验：

实验编号	T(K)	NO初始浓度 (mol•L^﹣1)	CO初始浓度 (mol•L^﹣1)	催化剂的比表面积 (m^2/g)
Ⅰ	400	1.00×10^﹣3	3.60×10^﹣3	82
Ⅱ	400	1.00×10^﹣3	3.60×10^﹣3	124
Ⅲ	450	1.00×10^﹣3	3.60×10^﹣3	124

根据坐标图4，计算400K时该反应的平衡常数为             ；

Answer

(1)632

(2)不合理，该反应焓增、熵减，任何条件下都不能自发进行或该反应△H＞0，△S＜0

(3)AD (4)①400K，1Mpa②尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度)③=5000L•mol﹣1

【解析】

试题分析：(1)设NO中氮氧键的键能为x，△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和= (946 + 498) kJ•mol-1 – 2 × x = 180 kJ•mol-1，解得x=632kJ•mol-1；

(2)2CO(g)=2C(s)+O2(g)(△H＞0、△S＜0)是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行，所以无法消除CO的污染；

(3)xC(s)+2NOx(g)⇌N2(g)+xCO2 (g)△H=-b kJ•mol-1．此反应为放热反应；A．增加排气管长度，增大了相当于增大了固体的接触面积，加快了化学反应速率，故A正确；B．增大尾气排放口，对反应速率和平衡不产生影响，故B错误；C．升高排气管温度，温度升高，平衡左移，不利于NOx转化，故C错误；D．添加合适的催化剂，加快化学反应速率，故D正确；故答案为AD；

(4)①由图2可知，等压条件下，温度越低，NO的转化率越高，因此温度选400K，同温下，NO的转化率随着温度的升高变化不大，所以选用较为经济的1MPa：

②汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析，开始的气体含量变化不大，说明温度低，催化剂的作用未起作用；证明反应未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度)；

③设400K达到平衡状态时，则

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

初始浓度(10-3mol•L-1)：1 3.6 0 0

转化浓度(10-3mol•L-1)：0.9 0.9 0.45 0.9

平衡浓度(10-3mol•L-1)：0.1 2.7 0.45 0.9

K==5000L•mol-1。

【考点定位】考查反应热的计算、反应自发性的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素与图象的关系、平衡常数的计算等。

【名师点晴】把握控制变量法分析反应速率的影响因素及图象为解答的关键，考查化学反应速率的影响，为高频考点，侧重于学生的分析能力和基本理论知识的综合理解和运用的考查。注意相关基础知识的积累，增大反应速率，则增大浓度、升高温度或增大固体的表面积，反之，反应速率减小。对于该考点，需要注意以下几点：①升高温度一定能加快反应速率；增加物质浓度不一定能改变反应速率(固体、纯液体和不参与反应的物质不行)；增大压强不一定能加快反应速率(注意两种情况：①无气体参与的反应；②加入惰性气体)；催化剂有正负之分；②当反应速率受多个因素影响时，要分情况讨论。