Question

【題目】汽車尾氣排放的CO、NOx等氣體是大氣污染的主要來源，NOx也是霧天氣的主要成因之一。

（1）科學家研究利用催化技術將尾氣中有害的NO和CO轉變成無污染的氣體，已知：

N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH1=＋180.5kJ·mol-1

2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH2=－221.0kJ·mol-1

CO2(g)=C(s)＋O2(g) ΔH3=＋393.5kJ·mol-1

①C(s)的燃燒熱ΔH=__。

②請寫出CO和NO生成無污染氣體的熱化學方程式為__。

（2）往1L恒容密閉容器中充入一定量的NO2，在三種不同條件下發生反應：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，實驗測得NO2的濃度隨時間的變化如下表(均使用了催化劑，不考慮生成N2O4)。

時間（min） 濃度（mol/L） 實驗序號/溫度	0	10	20	30	40	50
實驗1/800℃	1.00	0.80	0.65	0.55	0.50	0.50
實驗2/800℃	1.00	0.70	0.50	0.50	0.50	0.50
實驗3/850℃	1.00	0.50	0.40	0.35	0.35	0.35

①下列說法正確的是__。

A.實驗2容器內壓強比實驗1的小

B.在0→10mim內實驗2的反應速率υ(O2)=0.015mol/(L·min)

C.實驗1比實驗3的平衡常數大

D.實驗2使用了比實驗1效率更高的催化劑

②不能判斷反應已達到化學平衡狀態的是__。

A.容器內的氣體壓強不變

B.2v正(NO2)=v逆(O2)

C.氣體的平均相對分子質量保持不變

D.NO2和NO的濃度比保持不變

③已知容器內的起始壓強為P0kPa，在800℃溫度下該反應的平衡常數Kp=__(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。在該溫度下達到平衡后，再向容器中加入NO2和NO各2mol，平衡將__(填“向正反應方向移動”或“向逆反應方向移動”或“不移動”)。

（3）若將NO2與O2通入甲中設計成如圖所示裝置，D電極上有紅色物質析出，則A電極處通入的氣體為__(填化學式)；A電極的電極反應式為__。

Answer 1

【答案】-393.5kJ·mol-1 2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g) ΔH1=－746.5kJ·mol-1 BD B 0.25P0 不移動 NO2 NO2－e-＋H2O=NO3-＋2H+

【解析】

（1）根據蓋斯定律計算燃燒熱反應焓變；

（2）根據平衡狀態時的濃度判斷反應環境壓強及催化劑；

（3）通過硫酸銅溶液電解生成銅單質可知，D電極發生還原反應，為陰極。

（1）①根據蓋斯定律，CO2(g)=C(s)＋O2(g) ΔH3=＋393.5kJ·mol-1，逆反應的焓變與正反應的數值相等、符號相反，所以，C(s)的燃燒熱反應方程為C(s)＋O2(g)= CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1。

②根據蓋斯定律，CO和NO生成無污染氣體的熱化學方程式為2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g) ΔH1=-ΔH3-ΔH1-ΔH2=－746.5kJ·mol-1。

（2）①A.達到平衡狀態時，實驗1和2 中反應物的起始量和消耗量均相同，發生同一反應2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，且兩容器均為恒溫恒容的容器，故最終兩容器中的壓強相同，A錯誤；

B.在0→10mim內實驗2二氧化氮消耗了0.3mol/L，生成氧氣0.15mol/L，即氧氣的反應速率υ(O2)==0.015mol/(L·min)，B正確；

C.根據表格數據，實驗3 到達平衡時消耗的二氧化氮的量更多，說明溫度升高，平衡正向移動，反應吸熱，根據平衡常數公式，實驗1比實驗3的平衡常數小，C錯誤；

D.在相同時間內，實驗2消耗的二氧化氮的物質的量較大，到達平衡所用的時間較少，但最終平衡狀態與實驗1一致，因此，實驗2使用了比實驗1效率更高的催化劑，D正確；

綜上所述，答案為BD。

②根據2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，反應前后氣體體積不同：

A.容器內的氣體壓強不變，說明達到平衡狀態，A能；

B.達到平衡狀態時，某物質v正=v逆，根據反應速率之比與其化學計量數之比相等可知，等式關系應為v正(NO2)=2v逆(O2)，B不能；

C.根據質量守恒定律，氣體總質量不變，反應前后氣體分子數不相等，即反應前后氣體總物質的量不等，到達平衡時，氣體的平均相對分子質量保持不變，C能；

D.一氧化氮為生成物，NO2和NO的濃度比保持不變說明生成物濃度不變， 因此，該反應達到平衡狀態，D能；

綜上所述，不能判斷反應已達到化學平衡狀態的是B。

③已知容器內的起始壓強為P0kPa，在800℃溫度下，根據理想氣體方程，在同溫同體積下，氣體物質的量濃度之比與壓強之比相同，到達平衡時消耗二氧化氮0.5P0mol/L，即平衡常數Kp=。在該溫度下達到平衡后，再向容器中加入NO2和NO各2mol，按比例添加，構成等效平衡，平衡將不移動。

（3）由圖可知，甲為原電池，乙為電解池，A為負極，B為正極，C為陽極，D為陰極，實驗電解硫酸銅溶液，D電極有紅色物質析出，即生成銅單質，則A電極發生氧化反應，通入的氣體為NO2；根據原電池原理，A電極的電極反應式為NO2－e-＋H2O=NO3-＋2H+。