Question

【題目】霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物（包括PM 2.5在內(nèi)）、氮氧化物（NOx）、CO、SO2等。化學(xué)在解決霧霾污染中有著重要的作用。

⑴ 已知：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) △H =﹣196.6kJmol－1

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) △H =﹣113.0kJmol－1

則反應(yīng)NO2(g) + SO2(g) SO3(g) + NO(g) △H =__________kJmol－1。

一定條件下，將NO2與SO2以體積比1:2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的有__________。

a、體系密度保持不變 b、混合氣體顏色保持不變

c、SO2和NO的體積比保持不變 d、每消耗1mol SO3的同時生成1mol NO2

測得上述反應(yīng)平衡時NO2與SO2體積比為1:5，則平衡常數(shù)K=________________。

⑵ CO、CO2都可用于合成甲醇。甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池采用鉑作電極催化劑，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過。其工作原理的示意圖如圖1所示，回答下列問題。

① Pt(a)電極是電池的______極，電極反應(yīng)式為：_________________。

② 如果該電池工作時電路中通過2 mol電子，則消耗的CH3OH有________mol。

③ CO用于合成甲醇反應(yīng)方程式為：CO(g) + 2H2(g)CH3OH (g) ，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖2所示。實際的生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×104kPa左右，選擇此壓強的理由是____________。

⑶ 圖3是一種用NH3脫除煙氣中NO的原理。

① 該脫硝原理中，NO最終轉(zhuǎn)化為H2O和__________（填化學(xué)式）。

② 當消耗2mol NH3和0.5mol O2時，除去的NO在標準狀況下的體積為__________L。

⑷ NO直接催化分解（生成N2和O2）也是一種脫硝途徑。在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同。在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時間變化曲線如圖4所示，寫出NO分解的化學(xué)方程式______________。

Answer 1

【答案】﹣41.8kJ/mol bc 1.8 負 2CH3OH＋2H2O－12e－＝2CO2↑＋12H＋ 1/3 此壓強下CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強轉(zhuǎn)化率提高不大且會增加生產(chǎn)成本 N2 44.8 L 3NO N2O + NO2

【解析】

（1）①2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)，②2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)，根據(jù)目標反應(yīng)方程式，根據(jù)蓋斯定律，(①－②)/2得出△H=(－196.6kJ·mol－1＋113.0kJ·mol－1)/2=－41.8kJ·mol－1；a、組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，容器為恒容，因此任何時刻氣體密度都不變，因此密度不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故a不符合題意；

b、NO2為紅棕色氣體，其余氣體為無色，因此當氣體顏色不再改變，說明反應(yīng)達到平衡，故b符合題意；

c、SO2是反應(yīng)物，NO為生成物，因此當SO2和NO的體積比保持不變，說明反應(yīng)達到平衡，故c符合題意；

d、消耗SO3，生成NO2都是向逆反應(yīng)方向進行，不能說明反應(yīng)達到平衡，故d不符合題意；

令NO2的物質(zhì)的量為1mol，SO2的物質(zhì)的量為2mol，NO2(g) + SO2(g) SO3(g) + NO(g)

起始： 1 2 0 0

變化： x x x x

平衡：1－x 2－x x x

(1－x):(2－x)=1:5，解得x=0.75，四種物質(zhì)的系數(shù)都是1，因此有K==1.8；

（2）①Pt(a)一極通入CH3OH和H2O，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，C的化合價－2價→＋4價，化合價升高，根據(jù)原電池工作原理，Pt(a)為負極，其電極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋；

②根據(jù)①電極反應(yīng)式，通過2mole－，消耗CH3OH物質(zhì)的量為2mol/6=1/3mol；

③根據(jù)圖2，此壓強下CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強，轉(zhuǎn)化率提高并不大，會增加生產(chǎn)成本；

（3）①根據(jù)圖3，NH3最終轉(zhuǎn)化為H2O和N2；

②根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系，NH3中N的化合價升高，NO和O2中化合價降低，根據(jù)得失電子數(shù)目守恒，2mol×[0－(－3)]=0.5mol×2×[0－(－2)]＋n(NO)×(2－0)，解得n(NH3)=2mol，標準狀況下，V(NO)=2mol×22.4L·mol－1=44.8L；

（4）NO分解生成兩種化合物，NO為反應(yīng)物，根據(jù)圖4，NO的物質(zhì)的量為3mol，Y和Z為生成物，且物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)氮元素守恒，生成物中含有N2O，N的化合價降低，必然有化合價升高，即另一種產(chǎn)物是NO2，因此化學(xué)反應(yīng)方程式為3NON2O＋NO2。