Question

据公安部2019年12月统计，2019年全国机动车保有量已达3.5亿。汽车尾气排放的碳氢化合物、氮氧化物及碳氧化物是许多城市大气污染的主要污染物。

I.汽油燃油车上安装三元催化转化器，可有效降低汽车尾气污染。

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

2C(s)+O₂(g)=2CO(g)    △H₂=−221.0kJ·mol⁻¹

N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)     △H₃=+180.5kJ·mol⁻¹

CO和NO两种尾气在催化剂作用下生成N₂的热化学方程式___。

（2）对于2NO（g）+2CO（g）N₂（g）+2CO₂（g），在一定温度下，于1L的恒容密闭容器中充入0.1molNO和0.3molCO，反应开始进行。

下列能说明该反应已经达到平衡状态的是___（填字母代号）。

A.比值不变

B.容器中混合气体的密度不变

C.v（N₂）_正=2v（NO）_逆

D.容器中混合气体的平均摩尔质量不变

（3）使用间接电化学法可处理燃煤烟气中的NO，装置如图2所示。

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式__。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理___。

（4）T₁温度时在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应：2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)   △H<0。实验测得：v_正=v(CO)_消耗=2v(O₂)_消耗=k_正c²(CO)·c(O₂)，v_逆=(CO₂)_消耗=k_逆c²(CO₂)，k_正、k_逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(CO)、n(O₂)如表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	2	1.2	0.8	0.4	0.4	0.4
n(O2)/mol	1.2	0.8	0.6	0.4	0.4	0.4

①T₁温度时=___L/mol。

②若将容器的温度改变为T₂时其k_正=k_逆，则T₂__T₁(填“>”、“<”或“=")。

II.“低碳经济”备受关注，CO₂的有效开发利用成为科学家研究的重要课题。在0.1MPa、Ru/TiO₂催化下，将一定量的H₂和CO₂置于恒容密闭容器中发生反应X：CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O(g)   △H<0

（5）为探究反应X的反应速率与浓度的关系，向恒容密闭容器中通入浓度均为1.0mol•L^-1的H₂与CO₂。恒温条件下，根据相关数据绘制出反应速率与浓度关系曲线：v_正～c（CO₂）和v_逆～c（H₂O）。则与曲线v_正～c（CO₂）相对应的是如图___曲线。（填“甲”或“乙”）；该反应达到平衡后，某一时刻降低温度，反应重新达到平衡，则此时曲线乙对应的平衡点可能为___（填字母）。

（6）温度为T时，向10L密闭容器中充入5molH₂和CO₂的混合气体，此时容器内压强为5P，两种气体的平衡转化率ɑ与的关系如图所示：

①图中CO₂的平衡转化率可用表示___（L₁或L₂）

②该温度下，反应X的平衡常数Kp=___。

（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

Answer

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJ•mol-1 AD 2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3- 80 > 乙 C L1

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2)根据平衡状态判断的依据：正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变及由此衍生的其他物理量进行分析。

(3)电解池中阴极得电子发生还原反应，根据图2所示，HSO3-得电子生成S2O42-，发生还原反应；吸收池中NO和S2O42-发生氧化还原反应，根据图示的产物可写出该反应的离子方程式；

(4)①反应达到平衡时v正= v逆，即k正c2(CO)·c(O2)= k逆c2(CO2)，所以此时，根据表格数据可知初始投料为2molCO和1.2molO2，平衡时n(CO)=0.4mol，n(O2)=0.4mol，根据反应方程式可知生成的n(CO2)=1.6mol，容器的体积为2L，可以计算出；

②T2时其k正=k逆，即=K=1<80；该反应焓变小于零即正反应放热反应，平衡常数变小，据此分析温度的大小；

(5)初始投料为浓度均为1.0mol•L-1的H2与CO2，则反应过程中CO2的浓度减小，所以与曲线v正～c(CO2)相对应的是曲线乙；该反应正反应为放热反应，所以降低温度平衡正向移动c(CO2)在原平衡基础上减小，且温度降低反应速率减慢，所以对应的平衡点应为C；

(6)①当CO2的量一定时，增大H2的量，CO2的转化率增大；

②当反应物投料比等于方程式中计量数之比时平衡转化率相等，二者平衡转化率相同时转化率为50%，即当=时，转化率为50%，共充入5molH2和CO2的混合气体，则n(H2)=4mol，n(CO2)=1mol，列三段式进行相关计算，以p(CO2)、p(H2)、p(H2O)来表示平衡时各物质的浓度，进而计算出Kp。

(1)CO和NO两种尾气在催化剂作用下生成N2的方程式为：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)；已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ•mol-1

②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=−221.0kJ·mol−1

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3=+180.5kJ·mol−1
①×2-②-③可得目标反应方程式，根据盖斯定律可知目标反应方程式△H=-393.5kJ•mol-1×2+221.0kJ·mol−1-180.5kJ·mol−1=-746.5 kJ•mol-1，

所以CO和NO两种尾气在催化剂作用下生成N2的热化学方程式为：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJ•mol-1；

(2)A．初始投料为0.1molNO和0.3molCO，所以平衡前NO浓度减小，CO2浓度增大，所以当比值不变时说明反应达到平衡，故A选；

B．容器体积不变，即气体的体积不变，反应物和生成物都是气体，所以气体的总质量不变，则混合气体的密度一直不变，故B不选；

C．反应平衡时v(N2)正= v(N2)逆，2v(N2)逆=v(NO)逆，故C不选；

D．平衡正向移动时气体的物质的量减小，气体总质量不变，所以平均摩尔质量增大，当混合气体平均摩尔质量不变时说明反应达到平衡，故D选；

综上所述选AD；

(3)电解池中阴极得电子发生还原反应，根据图2所示，进入阴极室的是HSO3-，流出阴极室的是S2O42-，即HSO3-得电子生成S2O42-，阴极室中溶液的pH在4～7之间，呈酸性，故电极反应为2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；吸收池中NO和S2O42-发生氧化还原反应，根据图示的产物可知，NO得电子生成N2，S2O42-失电子生成HSO3-，根据得失电子守恒写出反应的离子方程式为2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-；

(4)①反应达到平衡时v正= v逆，即k正c2(CO)·c(O2)= k逆c2(CO2)，所以此时，根据表格数据可知初始投料为2molCO和1.2mol O2，平衡时n(CO)=0.4mol，n(O2)=0.4mol，根据反应方程式可知生成的n(CO2)=1.6mol，容器的体积为2L，所以80 L/mol；

②T2时其k正=k逆，即=K=1<80；该反应焓变小于零即正反应放热反应，平衡常数变小说明温度升高，所以T2>T1；

(5)初始投料为浓度均为1.0mol•L-1的H2与CO2，则反应过程中CO2的浓度减小，所以与曲线v正～c(CO2)相对应的是曲线乙；该反应正反应为放热反应，所以降低温度平衡正向移动c(CO2)在原平衡基础上减小，且温度降低反应速率减慢，所以对应的平衡点应为C；

(6)①当CO2的量一定时，增大H2的量，CO2的转化率增大，即越大，CO2的转化率越大，所以CO2的平衡转化率可用L1表示；

②当反应物投料比等于方程式中计量数之比时平衡转化率相等，二者平衡转化率相同时转化率为50%，即当=时，转化率为50%，共充入5molH2和CO2的混合气体，则n(H2)=4mol，n(CO2)=1mol，列三段式有：

平衡时气体总物质的量为0.5mol+2mol+0.5mol+1mol=4mol，反应前气体总物质的量为5mol，压强为5P，则反应后总压强为4P，p(CO2)= p(CH4)=P，p(H2)=2P，p(H2O)=P，所以Kp=。