Question

（16分）汽車尾氣是城市空氣的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。
（1）NOx產生的原因之一是汽車發動機工作時引發N₂和O₂反應，其能量變化值如右圖所示，

則：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H=　　  。
（2）汽車尾氣中CO、NO_x的有效消除成為環保領域的重要課題。某研究小組在實驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉化進行研究，測得NO轉化為N₂的轉化率隨溫度、CO混存量的變化情況如下圖一。

① NO與CO混存時，相互反應的化學方程式為                              。
② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4時，NO的轉化率為75%，則CO的轉化率約為       。
③ 由于n(NO)/n(CO)在實際過程中是不斷變化的，保證NO轉化率較高的措施是將溫度大約控制在              K之間。
（3）汽車尾氣中NO_x有望通過燃料電池實現轉化。已經有人以 NO₂、O₂和熔融NaNO₃制成了燃料電池，其原理如圖二。
① 圖中石墨Ⅱ為電池的             極。
② 在該電池使用過程中，石墨I電極上的產物是氧化物Y，其電極反應式為      。
（4）甲醇也可用于燃料電池。工業上采用反應CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH<0合成甲醇。
① 在恒容密閉反應器中，H₂的平衡轉化率與溫度、壓強的關
系如圖三所示，則A、B、C三點處對應平衡常數(K_A、K_B、K_C)的
大小關系為        。

② 某高溫下，將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發生
反應，達到平衡后測得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，則該溫度下反應的平
衡常數值為      。

Answer 1

(16分，每空2分)
（1） +183 kJ·mol^－1（2分，未寫單位、未寫“+”均扣1分） 
（2）①2CO+2NO＝N₂ +2CO₂（2分，未配平扣1分）； ②93%（按NO轉化率算得結果為93.75%，但因受NO自身分解的影響，實際值會與計算值有差距，所以回答93.75%及相近的值都給分） ③800—900
（3）正  NO₂＋NO₃^－ －e^－ ＝N₂O₅
（4）①K_A＝K_B>K_C  ②1/2

試題分析：（1）由圖可知，氮氣分子的共價鍵斷裂需要吸收945kJ的能量，氧氣分子的共價鍵斷裂需要吸收498kJ的能量，而2N與2O結合成2個NO分子放出1260kJ的能量，所以△H=945+498-1260=+183kJ/mol；
（2）①NO與CO混存時，生成氮氣和二氧化碳，化學方程式為2CO+2NO＝N₂ +2CO₂；
②1000K，n(NO)/n(CO)=5:4時，NO的轉化率為75%，設NO的物質的量是5mol，則CO的物質的量是4mol,消耗NO的物質的量是5mol×75%=3.75mol，則消耗CO 的物質的量是3.75mol，所以CO的轉化率為3.75mol/4mol×100%=93.75%；
③由圖一可知無論n(NO)/n(CO)為何值，800-900K時NO的轉化率較高，超過900K，盡管有CO存在時的NO的轉化率仍在升高，但無CO時NO的轉化率卻在下降，所以最適宜的溫度是800-900K之間；
（3）氧氣發生還原反應，所以通入氧氣的極是電池的正極；石墨I通入的是二氧化氮氣體，發生氧化反應，二氧化氮中N元素的化合價是+4價，N元素化合價升高只能升高到+5價，所以氧化物Y是N₂O₅，電極反應式為NO₂＋NO₃^－ －e^－ ＝N₂O₅
（4）①A、B點的溫度相同，所以平衡常數相同；C點溫度高于B，溫度升高，對正反應不利，平衡產生減小，所以三者的大小關系是K_A＝K_B>K_C；
②6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發生CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) 平衡后測得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，則消耗二氧化碳的濃度是1mol/L,消耗氫氣的濃度是3mol/L，生成的甲醇和水蒸氣的濃度都是1mol/L,氫氣的平衡濃度是mol/L,所以K=c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c(H₂)³=1/2