Question

党的十九大报告指出:要持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战。当前空气质量检测的主要项目除了PM2.5外，还有CO、SO₂、氮氧化物(NO和NO₂)、O₃等气体。

(1)汽车尾气中含有NO 和CO气体，可利用催化剂对CO、NO进行催化转化反应:

2CO(g) +2NO(g) N₂(g) +2CO₂(g)    △H

① 已知下列热化学方程式:

N₂(g) +O₂(g) =2NO(g)     △H₁ = + 180.5kJ/mol

2C(s) +O₂(g) =2CO(g)     △H₂=-2210kJ/mol 

C(s)+O₂(g)=CO₂(g)       △H3=-393.5kJ/mol

则 △H=_________。

②在一定温度下,将2.0molNO、2.4molCO气体通入到固定容积为2 L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如下图所示。在0~15min,以N₂ 表示的该反应的平均速度v(N₂)=________。若保持反应体系温度不变，20min时再容器中充入NO、N₂ 各0.4mol，化学平衡将_____移动 (填“向左”“向右”或“不”)。

(2)在相同温度下，两个体积均为1L 的恒容密闭容器中，发生CO、NO催化转化反应，有关物质的量如下表:

容器编号	起始物质的量/mol	平衡物质的量/mol
NO	CO	N2	CO2	CO2
I	0.2	0.2	0	0	a
II	0.3	0.3	b	0.1	0.2

①容器I中平衡后气体的压强为开始时的0.875倍，则a=________。

②容器II平衡时的气体压强为p，用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数K 为________。

(3)汽车使用乙醇汽油并不能破少NO_x的排放。某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5对CO、NO 催化转化进行研究。测得NO 转化为N ₂的转化率随温度CO 混存量的变化情况如图所示。

①在n(NO)/n(CO) =1条件下，最佳温度应控制在_______左右。

②若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为________。

③加入CO后NO转化为N₂ 的转化率增大的原因是_______ (用平衡移动的原理解释)。

(4)以NO₂、O₂、熔融NaNO₃ 组成的燃料电池装置如右图所示，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

-746.5kJ·mol－ 1 0.013mol/（L·min） 左 0.1 4/p 870K (860～880K 范围都可以) NO直接分解成 N2的反应是放热反应，升高温度不利于反应进行 加入的 CO与NO分解生成的O2反应，使 NO分解平衡向生成 N2的方向移动，因此NO转化率升高 NO2+NO3--e-=N2O5

【解析】(1)①根据盖斯定律：③×2-②-①，整理可得：2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)△H= -746.5kJ·mol－ 1，正确答案：-746.5kJ·mol－ 1。

②由图可以知道, 15min内，N2浓度变化量为，则•；将NO、CO通入到固定容积为2L的容器中,则： 

2CO(g) +2NO(g) N2(g) +2CO2(g) 

起始浓度： 1.2 1 0 0

变化浓度： 0.4 0.4 0.2 0.4

平衡浓度： 0.8 0.6 0.2 0.4

化学平衡常数；时再向容器中充入NO、各0.4 mol，此时各成分的浓度变为c(CO)=0.8mol/L、c(NO)= 0.8mol/L、 c(N2)=0.4mol/L、 c( CO2)=0.4mol/L；浓度商为（0.4）2×（0.4）2/（0.8）2×（0.8）2=0.156>0.14，反应向左进行；正确答案：0.013mol/（L·min）； 左。

（2）容器的体积为1L， 根据表格中容器I的数据，列出三段式：

2CO(g) +2NO(g) N2(g) +2CO2(g) 

起始浓度： 0.2 0.2 0 0

变化浓度： a a 0.5 a a

平衡浓度： 0.2-a 0.2-a 0.5 a a

已知容器I中平衡后气体的压强为开始时的0.875倍，恒温条件下，气体的压强之比等于气体的物质的量之比：0.2-a+0.2-a+0.5a+a=0.875×（0.2+0.2），a=0.1 mol； 容器I与容器II温度相同，平衡常数相等；容器的体积为1L，容器容器I中的化学平衡常数为K=c(N2)×c(CO2)2/ c(NO)2 c(CO)2=0.5×0.1×（0.1）2/(0.1)2×(0.1)2=5；容器II中根据表格数据可三段式：

2CO(g) +2NO(g) N2(g) +2CO2(g) 

起始浓度： 0.3 0.3 b 0.1

变化浓度： 0.1 0.1 0.05 0.1

平衡浓度： 0.2 0.2 b-0.05 0.2

则K=c(N2)×c(CO2)2/ c(NO)2 ×c(CO)2= (b-0.05)×(0.2)2/（0.2）2×（0.2）2=5，解之得b=0.25；则平衡时气体的总量为0.8mol，各组分气体均为0.2 mol，各气体的分压均为p /4 ；用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数K= p/4×（p/4）2/(p/4)2×(p/4)2=4/p；正确答案：0.1；4/p。

(3) ①由图可知：在n(NO)/n(CO)=1条件下，温度为870K左右时，一氧化氮还原为氮气的的转化率最高，正确答案：870K (860～880K 范围都可以)。

②升高温度，发现一氧化氮的分解率降低，说明反应左移，该反应为放热反应；正确答案：NO直接分解成 N2的反应是放热反应，升高温度不利于反应进行，因此NO转化率升高。

③加入CO会与NO的分解的产物氧气反应，促进了NO分解平衡向生成 N2的方向移动，因此NO转化率升高；正确答案：加入的 CO与NO分解生成的O2反应，使 NO分解平衡向生成 N2的方向移动，因此NO转化率升高。

(4)通入氧气的一极发生还原反应，为燃料电池的正极；通入NO2气体的一极为燃料电池的负极，发生氧化反应，且NO2被氧化为五氧化二氮；则该电极反应式为：NO2+NO3--e-=N2O5；正确答案：NO2+NO3--e-=N2O5。