Question

汽车尾气的主要成分有CO、SO₂、氮氧化物等，科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO₂)催化分解汽车尾气的研究。

（1）已知：2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)   ΔH₁=-113.0KJ/mol

2SO₂(g)+O₂(g)=2SO₃(1)   ΔH₂=-288.4KJ/mol

请判断反应NO₂(g)+SO₂(g)=NO(g)+SO₃(1) ΔH₃,在低温下能否自发进行，并说明理由_________。

（2）已知TiO₂催化尾气降解原理为：

2CO(g)+O₂(g) 2CO₂(g)；

2H₂O(g)+4NO(g)+O₂(g) 4HNO₃(g)。

Ⅰ.在O₂浓度几乎不变的条件下，模拟CO、NO的降解，得到降解率随时间变化如图1所示（），反应40秒后检测气体浓度有所降低，请用化学方程式结合化学反应原理知识解释出现该现象可能的原因______________。

Ⅱ.图2为在不同颗粒间隙的沥青混凝土（α、β型）和不同温度下，实验进行相同一段时间（t秒）后测得的CO降解率变化，回答谢列问题：

①已知50℃、t秒时容器中O₂浓度为0.01mol/L，求此温度下CO降解反应的平衡常数_______。

②下列关于图2的叙述不正确的是_______

A.根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大，可知CO降解反应的平衡常数K_b<K_c

B.相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大

C.a点的数据反映出CO与O₂之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的

D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效

③科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体，将TiO₂改为催化效果更好的TiO₂纳米管，在10-60℃范围内进行实验，请在图2中用线段与阴影仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围（示例：）。_______

（3）TiO₂纳米管的制备是在弱酸性水溶液中以金属钛为阳极进行电解，写出阳极的电极反应式________。

Answer

经计算ΔH3=（113.0-288.4）×0.5=-87.7kJ/mol<0，且可判断反应的ΔS<0，故在低温下可自发进行 40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气，并且NO浓度降低，平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移动，造成HNO3浓度降低 AC ③ Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

【解析】试题分析：（1）根据△H－T△S判断；Ⅰ. 40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气，并且NO浓度降低；据此分析平衡移动；Ⅱ. ①根据平衡常数表达式计算；②根据影响反应速率和反应限度的因素分析；（3）阳极失电子发生氧化反应；

解析：（1）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113.0kJ/mol

②2SO2(g)+O2(g)=2SO3(1) ΔH2=-288.4kJ/mol

根据盖斯定律②×－①× 得 NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(1) ΔH3=（113.0-288.4）×0.5=-87.7kJ/mol；气体物质的量减少，ΔS<0，ΔH<0，根据△H－T△S<0能自发进行，所以在低温下可自发进行；（2）Ⅰ.40秒后发生反应2NO=N2+O2生成氮气，并且NO浓度降低，NO浓度降低使平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移动，造成HNO3浓度降低；Ⅱ. ①设初始CO的浓度为a mol/L，

；

②A.根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大，b点不是平衡状态，故A错误；

B. 根据图示，相同温度下β型沥青混凝土反应速率快，故B正确；

C.温度越高，有效碰撞频率越高，故C错误；

D.在适宜的温度下催化剂的效果最好，故D正确；

③催化剂加快反应速率，所以10℃、t秒时就达到平衡，根据升高温度平衡转化率降低，可得图像如下

（3）以金属钛为阳极进行电解，阳极失电子发生氧化反应，生成TiO2，阳极的电极反应式为Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。

点睛：催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但平衡不移动，平衡转化率不变。