Question

汽车尾气中含有CO、NO、NO₂、碳氢化合物等多种污染物。回答下列问题：

(1)汽车燃料中不含氮元素，尾气中所含NO产生的原因是__。

(2)已知：2C₈H₁₈(1)+25O₂(g)=16CO₂(g)+18H₂O(g)     △H₁=-10244kJ·mol^-1

N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)     △H₂

2NO(g)+2CO(g)=N₂(g)+2CO₂(g)     △H₃=-746kJ·mol^-1

①若H₂O(1)=H₂O(g)   △H=+44kJ·mol^-1，则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为__。

②部分化学键键能数据如下：

△H₂=___kJ·mol^-1

(3)1573K时，N₂+O₂2NO平衡常数为2.0×10^-6，若测得内燃机内平衡混合气中氮气、氧气的物质的量分别为0.2mol、0.001mol，则生成NO的物质的量为__mol，N₂的转化率为__。

(4)反应NO(g)+CO(g)=N₂(g)+CO₂(g)的平衡常数为1.68×10⁶⁰，从热力学角度看，该反应程度应该很大，实际汽车尾气中该反应的程度很小，原因是__，要增大汽车尾气净化装置中单位时间内该反应的程度，关键是要___。

Answer

高温下空气中的氮气与氧气反应产生的 C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1 +196 2.0×10-5 0.005% 该反应活化能高，反应速率慢 寻找耐高温的催化剂

【解析】

此题借助汽车尾气转化过程，综合考查化学反应原理，考点涉及利用盖斯定律计算和书写热化学方程式，化学反应速率的影响因素，化学平衡及平衡常数的计算，考查学生的计算能力和分析能力。

(1)汽车燃料中不含氮元素，尾气中含NO，则N可能来源于空气，空气中的氮气与氧气在高温条件下发生反应得到NO；

(2)①已知I：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=-10244kJ·mol-1

II：H2O(1)=H2O(g) △H4=+44kJ·mol-1

根据盖斯定律，将I÷2-II ×9得，C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)， ΔH=△H1÷2-△H4×9=(-10244÷2-44×9) kJ·mol-1=-5518kJ·mol-1，即辛烷燃烧热的热化学方程式为C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1；

②根据表格所给数据以及已知方程，将N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=-746kJ·mol-1

将两热化学方程式相加，得到新的热化学方程式为2CO(g) +O2(g) = 2CO2(g) ΔH=△H2+△H3=(2×1076+494-4×799) kJ·mol-1=-550 kJ·mol-1，△H2=ΔH-△H3=[-550-(-746)] kJ·mol-1=+196 kJ·mol-1；

(3)设内燃机体积为V，则K=c2(NO)÷[c(N2)c(O2)]= n2(NO)÷[n(N2)n(O2)]= 2.0×10-6，代入数据算出n(NO)= 2.0×10-5 mol，则转化的N2的物质的量为1.0×10-5 mol，N2的转化率=1.0×10-5 mol÷(1.0×10-5 mol+0.2mol)×100%=0.005%；

(4)平衡常数很大，反应程度应该很大，实际汽车尾气中该反应的程度很小，可能是因为该反应活化能高，反应速率慢，要增大汽车尾气净化装置中单位时间内该反应的程度，即增加净化速率，需要降低活化能，需要寻找耐高温的催化剂。