Question

研究高效催化剂是解决汽车尾气中的 NO 和 CO 对大气污染的重要途径。

(1)已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)      △H₁=-393.5 kJ/mol

C(s)+O₂(g)= CO(g)      △H₂= -110.5 kJ/mol

N₂(g)+ O₂(g)=2NO(g)        △H₃= +180.0 kJ/mol

则汽车尾气的催化转化反应 2NO(g)+ 2CO(g)=N₂(g)+ 2CO₂(g)的△H =_______kJ/mol。

(2)400℃时，在分别装有催化剂 A 和 B 的两个容积为 2 L 的刚性密闭容器中，各充入物质的量均为nmol的NO和CO发生上述反应。通过测定容器内总压强随时间变化来探究催化剂对反应速率的影响，数据如下表：

时间/min	0	10	20	30	∞
A容器内压强/kPa	75.0	70.0	65.0	60.0	60.0
B容器内压强/kPa	75.0	71.0	68.0	66.0	60.0

①由上表可以判断催化剂 __________(填“A”或“B”) 的效果更好。

②容器中CO 的平衡转化率为 __________。400℃时，用压强表示的平衡常数K_p__________(kPa)^-1 (保留两位小数)。

③汽车尾气排气管中使用催化剂可以提高污染物转化率，其原因是 __________。

(3)为研究气缸中NO的生成， 在体积可变的恒压密闭容器中，高温下充入物质的量均为 1mol 的氮气和氧气，发生反应 N₂(g)+ O₂(g)⇌2NO(g)。

①下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是_________(填序号)。

A.2v_正(O₂₎= v_逆(NO)    B.混合气体的平均相对分子质量不变

C.c(N₂):c(O₂)=l    D.容器内温度不变

②为减小平衡混合气中 NO 的体积分数， 可采取的措施是 ___________。   

(4)对于气缸中NO的生成，化学家提出了如下反应历程：

第一步    O₂⇌2O       慢反应

第二步    O+N₂⇌NO+N    较快平衡

第三步    N+O₂⇌NO+O        快速平衡

下列说法错误的是_______(填标号)。

A.第一步反应不从N₂分解开始，是因为N₂比O₂稳定

B.N、O 原子均为该反应的催化剂

C.三步反应中第一步反应活化能最大

D.三步反应的速率都随温度升高而增大

Answer

-794.5 A 80% 4.27 排气管是敝口容器，管中进行的反应为非平衡态，该非平衡条件下，反应速率越快，相同时间内污染物转化率就越高 AD 降低温度 B

【解析】

（1）已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol

②C(s)+O2(g)= CO(g) △H2= -110.5 kJ/mol

③N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3= +180.0 kJ/mol

根据盖斯定律，2×①-（2×②+③）得2NO(g)+ 2CO(g)=N2(g)+ 2CO2( g) △H=-393.5 kJ/mol×2-（-110.5 kJ/mol）×2 -180.0 kJ/mol=-794.5 kJ/mol，故答案为：-794.5；

（2）①根据表中数据分析A容器中反应先达到平衡，则催化剂A的效果更好，故答案为：A；

②设平衡时反应的CO的物质的量为x，则

则，解得x=，CO的平衡转化率为；平衡时NO、CO、N2、CO2的物质的量分别为、、、，则各物质的分压分别为、、、，(kPa)-1，故答案为：80%；4.27；

③汽车尾气排气管中使用催化剂可以提高污染物转化率，其原因是排气管是敝口容器，管中进行的反应为非平衡态，该非平衡条件下，反应速率越快，相同时间内污染物转化率就越高，故答案为：排气管是敝口容器，管中进行的反应为非平衡态，该非平衡条件下，反应速率越快，相同时间内污染物转化率就越高；

（3）①A. 2v正(O2)= v逆(NO)=2v逆(O2)，正反应速率等于逆反应速率，则说明反应达到平衡状态，故A选；

B. 混合气体的平均相对分子质量始终保持不变，所以B不选；

C. c(N2):c(O2)=l不能说明反应物、生成物的浓度保持不变，故C不选；

D 该反应伴随着能量不变，该容器内温度不变，说明转化率不变，能说明反应达到平衡状态，故D选；故答案为：AD ；

②该反应为吸热反应，降低温度平衡逆反应方向移动，NO的体积分数降低，故答案为：降低温度；

（4）A. 根据题给反应机理分析，N2比O2稳定，所以第一步反应不从N2分解开始，故A正确；

B. 根据反应历程分析，O 原子为该反应的催化剂，故B错误；

C. 三步反应中第一步反应速率最慢，说明活化能最大，故C正确；

D. 温度升高，增大活化分子百分数，所以三步反应的速率都随温度升高而增大，故D正确；故答案为：B。