Question

氮氧化物是环境污染物，研究氮氧化物转化有重要的意义。回答下列问题：

（1）催化转化器可使汽车尾气反应而转化：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)  ΔH

已知：2C(s)+O₂(g)=2CO(g)    ΔH₁＝akJ·mol^-1；

C(s)+O₂(g)=CO₂(g)    ΔH₂＝bkJ·mol^-1；

N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)    ΔH₃＝ckJ·mol^-1

ΔH＝__kJ·mol^-1(用含a、b、c的代数式表示)；

（2）T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为1L的密闭容器中发生尾气转化反应，容器中NO物质的量随时间变化如图所示。

①T℃时，该化学反应的平衡常数K=___。

②下列事实能判断汽车尾气转化反应达到到化学平衡状态的是___；

A．体系中NO的转化率和CO的转化率相等   B．气体的密度不再变化

C．NO消耗速率等于N₂消耗速率的2倍      D．混合气体平均相对分子质量不再变化

③已知汽车尾气转化反应的ΔH<0。10min后，改变下列示意图横坐标对应的反应条件，纵坐标对应的量变化关系不正确的是___。（填序号）

a.    b.    c.    d.

（3）碘蒸气存在能大幅度提高N₂O的分解速率，反应历程为：

第一步I₂(g)2I(g)（快反应）

第二步I(g)+N₂O(g)→N₂(g)+IO(g)（慢反应）

第三步IO(g)+N₂O(g)→N₂(g)+O₂(g)+I(g)（快反应）

实验表明，含碘时N₂O分解速率方程v=k·c(N₂O)·[c(I₂)]^0.5（k为速率常数）。

下列表述不正确的是___（填标号)。

A．IO为反应的中间产物

B．第二步活化能比第三步小

C．第二步对总反应速率起决定作用

D．N₂O分解反应中，k值与是否含碘蒸气无关

（4）碱吸收、碳还原是目前工业生产中处理氮氧化物的常用方法。

①碱吸收的常见产物为NaNO₂。常温下，pH=8的NaNO₂溶液中c(Na^＋)-c(NO₂^-)=___mol·L^-1（用精确值表示）；

②碳还原法是在高温条件下将NO与NO₂混合气体与焦炭反应，生成CO₂和N₂，且物质的量之比为4:3，写出该方法的化学方程式___。

Answer

2b-a-c 1.25 CD ad BD 10-6-10-8 2NO+4NO2+4C=4CO2+3N2

【解析】

（1）①2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH1＝akJ·mol-1；②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2＝bkJ·mol-1；

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH3＝ckJ·mol-1，由盖斯定律可知：②×2-①-③得：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=(2b-a-c) kJ·mol-1；

（2）①结合图像，将物质的量都是为0.8mol的NO和CO充入容积为1L的密闭容器中，达到平衡时，NO的物质的量是为0.4mol，计算出达到平衡后反应物和生成物的物质的量，并计算出它们的物质的量浓度c(NO)==0.4 mol·L-1、c(CO)==0.4 mol·L-1、c(N2)== 0.2mol·L-1、c(CO)= =0.4 mol·L-1，K= =1.25；

②可逆反应达到平衡的标志：正逆反应速率相等，反应体系中各物质的量不变、物质的量浓度不变等；

③该反应ΔH<0，正反应为放热反应，结合温度、反应物物质的量对反应物转化率的影响，平衡常数的影响因素等；

（3）结合题中所给方程式还有其他条件分析，反应取决于慢反应，慢反应的活化能比较大；

（4）①利用电荷守恒得出c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+ c(NO2-)，再利用pH，计算出c(H+)、c(OH-)；

②结合原子守恒和得失电子守恒。

（1）由盖斯定律可知：ΔH=(2b-a-c) kJ·mol-1；

（2）①由图像可知，将物质的量都是为0.8mol的NO和CO充入容积为1L的密闭容器中，2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，达到平衡时，NO的物质的量是为0.4mol，则反应中消耗NO的物质的量为0.4mol，反应中各物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，故消耗CO的物质的量为0.4mol，生成N2的物质的量为0.2mol，生成CO2的物质的量为0.4mol，则平衡时c(NO)==0.4 mol·L-1、c(CO)==0.4 mol·L-1、c(N2)== 0.2mol·L-1、c(CO)= =0.4 mol·L-1，K= =1.25；

②A．往1L密闭的容器中充入的NO和CO的物质的量之比等于它们在化学反应中的化学计量数之比，反应无论是否达到平衡，它们的转化率相等，A错误；

B．反应物和生成物都是气体，混合气体总质量不变，并且体积不变，所以反应前后密度不变，B错误；

C．NO消耗速率等于N2生成速率的2倍，当NO消耗速率等于N2消耗速率的2倍，则N2生成速率等于N2消耗速率，C正确；

D．反应物和生成物都是气体，混合气体总质量不变，该反应是反应前后气体分子数改变的反应，当混合气体平均相对分子质量不再变化时，混合气体的总物质的量不再变化，反应达到平衡，D正确；

答案选CD。

③a．当温度一定时，压强的变化不能引起平衡常数的变化，a错误；

b．对于两种或两种以上的气体反应物，增大一种反应物的物质的量，气体反应物的转化率提高，自身的转化率降低，b正确；

c．对于给定的热化学方程式，反应热(ΔH)不随着反应物的量的变化而变化，c正确；

d．汽车尾气转化反应的ΔH<0，温度越高反应物CO的转化率越低，d错误；

答案选ad。

（3）A．第一步I2(g)2I(g)（快反应）

第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)（慢反应）

第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I(g)（快反应）

过程中IO为反应的中间产物，A正确；

B．第二步反应比较慢，第三步比较快，说明第二步活化能比第三步大，B错误；

C．第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)（慢反应），在整个反应过程中起到决定性作用，C正确；

D．实验表明，含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5（k为速率常数），和碘蒸气有关，D错误；

答案选BD。

（4）①常温下，pH=8的NaNO2溶液中，由电荷守恒可知：c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+ c(NO2-)，故c(Na＋)-c(NO2-)= c(OH-) - c(H+)=(10-6-10-8)mol·L-1；

②碳还原法是在高温条件下将NO与NO2混合气体与焦炭反应，生成CO2和N2，且物质的量之比为4:3，结合原子守恒和得失电子守恒，该反应方程式为：2NO+4NO2+4C=4CO2+3N2。