Question

氮及其化合物与人们的生活息息相关。回答下列问题：

I．(1)已知：①CO 的燃烧热∆H₁＝－283 kJ·mol⁻¹

②N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g) ∆H₂＝＋183 kJ·mol⁻¹

①写出 NO 和 CO 反应生成无污染性气体的热化学反应方程式_________________。

②一定条件下当 NO 与 CO 的反应达到平衡后，既能提高反应速率又能提高 NO 转化率的措施有 ______(填 字母序号)。

a．压缩反应器体积 b．使用更高效催化剂 c．升高反反应温度 d．增大CO的浓度

(2)一定条件下在容积为8L的密闭容器中充入10molCO 和 8molNO，若反应进行到 20 min 时达到平衡状态，测得平衡体系压强为 8 MPaNO 的的体积分数为25%，则NO的转化率＝________；用 CO₂ 浓度变化表示的平均反应速率 v(CO₂)＝_______；该温度下平衡常数 Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；保留两位有效数字)。

II．用电解法可除去硝酸工业产生的尾气NO，并得到 NH₄NO₃，工作原理如下图。

(1)N 极应连接电源的______(填“正极”或“负极”)；M 极的电极反应式为________。

(2)理论上通入NO与NH₃ 的最佳物质的量之比为________。

Answer

2NO(g)+ 2CO (g) = 2CO2 (g)+N2 (g) △H＝－749 kJ·mol−1 a d 50% 0.025mol·L−1·min−1 0.11 或 0.11MPa−1 正极 NO+5e−+6H+ =NH4++H2O 4:1

【解析】

I．（1）①根据盖斯定律求出反应热，写出热化学反应方程式；

②该反应为气体体积减小的放热反应，增大压强和增大CO的浓度都能加快反应速率，且使NO的转化率增大；

(2)根据NO 的的体积分数，列出三行式，求出转化量和平衡量，再依次求出二氧化碳的浓度，用CO2的浓度变化表示的平均反应速率，结合平衡时总压求出平衡分压代替平衡浓度的平衡常数；

II．（1）N极是NO失去电子转化为硝酸根，氮元素化合价升高，失去电子，为阳极，应连接电源的正极，M极上NO转化为铵根，发生还原反应。

（2）根据总反应方程式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，生成的硝酸和反应的NO的物质的量之比等于2∶8＝1∶4，通入的NH3的物质的量至少应与生成的硝酸的物质的量相等，据此分析。

I．（1）①已知：CO的燃烧热△H1＝－283 kJ·mol－1，则

①2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) △H＝－566 kJ·moL－1

②N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H2＝＋183kJ·mol-1。

根据盖斯定律可知①－②即得到NO和CO反应生成无污染性气体的热化学反应方程式为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H＝－749 kJ·moL－1。

②a．压缩反应器体积，压强增大，反应速率加快，平衡向正反应方向进行，转化率增大，a正确；

b．使用更高效催化剂不影响平衡，b错误；

c．升高温度平衡向逆反应方向进行，转化率降低，c错误；

d．增大CO的浓度提高反应速率的同时提高NO的转化率，d正确，

因此，本题正确答案为：2NO(g)+ 2CO (g) = 2CO2 (g)+N2 (g) △H＝－749 kJ·mol−1 ；a d；

(2)若反应进行到20 min达到平衡状态，容器的体积为8L，平衡时NO体积分数是0.25，则根据方程式可知

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

起始量（mol） 10 8 0 0

转化量（mol） 2x 2x x 2x

平衡量（mol） 10－2x 8－2x x 2x

=0.25，解得x＝2，所以此时NO的转化率为：×100%=50%。

二氧化碳浓度=0.5mol/L，

因此用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)＝=0.025mol·L−1·min−1；

根据上述结论，带入数据可得该温度下平衡常数Kp＝=0.11；

因此，本题正确答案为：50% ；0.025mol·L−1·min−1；0.11 或 0.11MPa−1；

II．（1）N极是NO失去电子转化为硝酸根，氮元素化合价升高，失去电子，为阳极，应连接电源的正极，M极上NO转化为铵根，电极反应式为NO+5e−+6H+ =NH4++H2O。

因此，本题正确答案为：正极；NO+5e−+6H+ =NH4++H2O；

（2）总反应方程式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，生成的硝酸和反应的NO的物质的量之比等于2∶8＝1∶4，通入的NH3的物质的量至少应与生成的硝酸的物质的量相等，因此通入NO与NH3 的最佳物质的量之比为4:1。

因此，本题正确答案为：4:1。