Question

汽车尾气中含有上百种化合物，污染物中以NO为主。请回答下列与NO相关的问题：

（1）汽车发动机工作时燃料燃烧会使氮气转化为NO。

已知:N₂(g)+O₂(g)=2NO(g) △H=+akJ·mol^-1。NO中氮氧键键能为b kJ·mol^-1、O=O键能为 c kJ·mol^-1。

计算N_N的键能为____________kJ·mol^-1（用含a、b、c的代数式表示）。

（2）NO和CO在一定温度和催化剂的条件下可发生反应：

2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)    △H=-538 kJ·mol^-1。

一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生上述反应。反应过程中测定的部分数据见下表：

时间/min	n(NO)/mol	n(CO)/mol	n(N2)/mol	n(CO2)/mol
0	0.100	0.200	0	0
4			0.020
6				0.050
8			0.025

①反应在0~4 min内的平均速率v(CO)=_____________。

②下列叙述中，能说明反应已达到平衡的是____________。

a．NO的消耗速率和CO₂的生成速率相等        b．容器内的压强不再变化

c．混合气体的密度不再变化                    d．N₂的百分含量不再变化

③计算该温度下的平衝常数K=____________。

④8min时，其他条件不变，向该反应容器中再通入0.05molNO和0.100CO，重新达到平衡时混合气体中N₂的百分含量将____________（填“减小”、“增大”或“不变” ）。   

（3）工业上采用电解NO的方法制备NH₄NO₃，其工作原理如图。X、Y皆为Pt电极，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充NH₃。

①Y电极上的电极反应式为_______________________________。

②若X电极上有11.2L（已换算成标准状况）NO发生反应，则生成NH₄NO₃的质量为____________g。

Answer

(2b +a-c) 0.005mol·L-1.min-1 b d 2.2 L/mol 增大 NO -3e-+ 2H2O == NO3-+ 4H+ 66.7g

【解析】（1）根据NO、O2分子中化学键的键能分别是bkJ•mol-1、ckJ•mol-1以及反应N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+akJ•mol-1，可设N2分子中化学键的键能为X，则有：xkJ•mol-1+ckJ•mol-1-2b=akJ•mol-1，得：X=(a+2b-c)kJ•mol-1；

（2）①反应在0~4 min内的平均速率v(CO)=2v(N2)=2×=0.005mol·L-1.min-1；

②a．NO的消耗速率和CO2的生成速率均为正反应速率，无法判断平衡状态，故a错误；b．容器体积不变，混合气体的物质的量不确定，现压强不再变化说明总物质的量一定，是平衡状态，故b正确；c．质量和体积始终不变，混合气体的密度始终不变，无法判断是平衡状态，故c错误；d．N2的百分含量不再变化，量一定，是平衡状态，故d正确；答案为bd；

③反应进行到6min时CO2的物质的量为0.05mol，此时N2的物质的量为0.025mol，与8min时N2的物质的量相同，即6min时反应达到平衡，平衡状态中NO的物质的量为0.100mol-0.050mol=0.050mol、CO的物质的量为0.200mol-0.050mol=0.150mol，该温度下的平衝常数K==2.2；

④8min时，其他条件不变，向该反应容器中再通入0.05molNO和0.100CO，平衡正向移动，重新达到平衡时混合气体中N2的百分含量将增大；

（3）①电解NO制备NH4NO3，由图可知阳极Y发生的反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+；

②阴极X极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，阳极Y发生的反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3-的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，当补充氨气，最终全部生成硝酸铵，即8NO+7H2O+2NH35NH4NO3，当X电极上有11.2L即0.5molNO发生反应，根据电子守恒可知阳极发生反应的NO的物质的量为0.5mol×=mol，实际参加反应的NO的物质的量为（0.5+）mol=mol，生成NH4NO3的物质的量为0.5mol×，质量为mol××80g/mol=66.7g。

点睛：化学平衡的标志有直接标志和间接标志两大类。一、直接标志：正反应速率=逆反应速率，注意反应速率的方向必须有正向和逆向。同时要注意物质之间的比例关系，必须符合方程式中的化学计量数的比值。二、间接标志：1、各物质的浓度不变。2、各物质的百分含量不变。3、对于气体体积前后改变的反应，压强不变是平衡的标志。4、对于气体体积前后不改变的反应，压强不能做标志。5、对于恒温恒压条件下的反应，气体体积前后改变的反应密度不变是平衡标志。6、对于恒温恒容下的反应，有非气体物质的反应，密度不变是平衡标志。