Question

【題目】汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。

（1）已知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113.0KJ/mol

2SO2(g)+O2(g)=2SO3(1) ΔH2=-288.4KJ/mol

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

請判斷反應NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(1) ΔH4,在低溫下能否自發進行，并說明理由______________________。

（2）已知TiO2催化尾氣降解原理為：2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)； 2H2O(g)+4NO(g)+O2(g) 4HNO3(g)。

Ⅰ.在O2濃度幾乎不變的條件下，模擬CO、NO的降解，得到降解率隨時間變化如圖1所示（），反應40秒后檢測HNO3氣體濃度有所降低，請用化學方程式結合化學反應原理知識解釋出現該現象可能的原因_______________________。

Ⅱ.圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土（α、β型）和不同溫度下，實驗進行相同一段時間（t秒）后測得的CO降解率變化，回答謝列問題：

①已知50℃、t秒時容器中O2濃度為0.01mol/L，求此溫度下CO降解反應的平衡常數_______。

②下列關于圖2的敘述不正確的是_________

A.根據降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大，可知CO降解反應的平衡常數Kb<Kc

B.相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大

C.a點的數據反映出CO與O2之間所發生的有效碰撞頻率是整個實驗過程中最高的

D.d點降解率出現突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效

③科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，在10-60℃范圍內進行實驗，請在圖2中用線段與陰影仿照“示例”描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現的最大區域范圍（示例：）。________________________

（3）TiO2納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解，寫出陽極的電極反應式_______。

Answer 1

【答案】 經計算ΔH4=（113.0-288.4）×0.5=-87.7KJ/mol<0，且可判斷反應的ΔS<0，故在低溫下可自發進行 40秒后發生反應2NO=N2+O2生成氮氣，并且NO濃度降低，平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移動，造成HNO3濃度降低 AC Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

【解析】試題分析：（1）根據△H－T△S判斷；Ⅰ. 40秒后發生反應2NO=N2+O2生成氮氣，并且NO濃度降低；據此分析平衡移動；Ⅱ. ①根據平衡常數表達式計算；②根據影響反應速率和反應限度的因素分析；（3）陽極失電子發生氧化反應；

解析：（1）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113.0kJ/mol

②2SO2(g)+O2(g)=2SO3(1) ΔH2=-288.4kJ/mol

根據蓋斯定律②×－①× 得 NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(1) ΔH3=（113.0-288.4）×0.5=-87.7kJ/mol；氣體物質的量減少，ΔS<0，ΔH<0，根據△H－T△S<0能自發進行，所以在低溫下可自發進行；（2）Ⅰ.40秒后發生反應2NO=N2+O2生成氮氣，并且NO濃度降低，NO濃度降低使平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移動，造成HNO3濃度降低；Ⅱ. ①設初始CO的濃度為a mol/L，

；

②A.根據降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大，b點不是平衡狀態，故A錯誤；

B. 根據圖示，相同溫度下β型瀝青混凝土反應速率快，故B正確；

C.溫度越高，有效碰撞頻率越高，故C錯誤；

D.在適宜的溫度下催化劑的效果最好，故D正確；

③催化劑加快反應速率，所以10℃、t秒時就達到平衡，根據升高溫度平衡轉化率降低，可得圖像如下

（3）以金屬鈦為陽極進行電解，陽極失電子發生氧化反應，生成TiO2，陽極的電極反應式為Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。