Question

汽车尾气排放的NO和CO都是有毒的气体，科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成无毒的CO₂和N₂，减少污染。

（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g） △H=+180.0 kJ/mol

2C（s）+O₂（g）=2CO（g） △H=-221.0 kJ/mol

2C（s）+2O₂（g）=2CO₂（g） △H=-787.0 kJ/mol

则尾气转化反应：2NO（g）+2CO（g） N₂（g）+2CO₂（g）  △H=          。

（2）对于反应2NO（g）+2CO（g） N₂（g）+2CO₂（g），为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/×10^－4mol/L	3.00	2.25	1.75	1.36	1.00	1.00
c(CO)/×10^－4mol/L	4.00	3.25	2.75	2.36	2.00	2.00

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：

①前2s内的平均反应速率 υ(CO₂)=             mol/(L•s)。

②在该温度下，反应的平衡常数K=             。

（3）假设在恒容密闭容器中发生上述反应，下列有关说法正确的是          。

A．选用更有效的催化剂能提高尾气的转化率

B．升高反应体系的温度能提高反应速率， 提高尾气的转化率

C．相同温度下，若NO和CO的起始浓度分别为1.50×10^－4 mol/L和2.00×10^－4 mol/L，平衡时N₂的体积分数比原平衡体系中N₂的体积分数低

D．单位时间内消耗NO的物质的量等于生成CO₂的物质的量时即达平衡状态

（4）用尾气NO₂为原料可制新型硝化剂N₂O₅，原理：先将NO₂转化为N₂O₄，再采用电解法制备N₂O₅，装置如右图所示则电源b极是__________极（填“正”“负”），生成N₂O₅电极反应式为                      ，电解一段时间后硝酸溶液的pH           （填“增大”“减小”“不变”）。

Answer

（1）-746.0 kJ/mol

（2）①6.25×10－5 ②104（3）C

（4）负 N2O4－2e— + 2HNO3 = 2N2O5 + 2H+ 不变

【解析】

试题分析：

（1）设3个热化学方程式的序数依次为①、②、③，依据盖斯定律③－②－①得到，反应的热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g） △H=（－787 .0 kJ/mol）－（－221.0 kJ/mol）－（+180.0 kJ/mol）=－746.0 kJ/mol。

（2）①由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为3.00×10-4－1.75×10-4=1.25×10-4mol/L，则υ(NO)= =6.25×10-5mol/(L•s)，由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则υ(CO2)=υ(NO)=6.25×10-5mol/(L•s)。

②由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则根据三段式：

2NO+2CO2CO2 +N2

开始×10-4 3 4 0 0

转化×10-4 2 2 2 1

平衡×10-4 1 2 2 1

则K= = =104，

（3）A．催化剂与转化率无关，故A错误；B．升高温度平衡向吸热反应方向移动，该反应正反应放热，平衡向逆反应方向移动，故B错误；C．由于是恒容容器，相同温度下，若NO和CO的起始浓度分别为1.50×10－4 mol/L和2.00×10－4 mol/L，则浓度相当于原平衡的一半，相当于减小压强，因该反应是气体系数减小的反应，减小压强，平衡逆向移动，所以平衡时N2的体积分数比原平衡体系中N2的体积分数低，故C正确；D．单位时间内消耗NO的物质的量等于生成CO2的物质的量是同一个方向的速率，不是正逆反应速率，故D错误；故选C。

（4）根据用NO2为原料制备N2O5的原理可知，NO2失去电子得到N2O5，可知电极X为阳极，则电源的a电极为正极，电源的b电极为负极。N2O4­被氧化得N2O5，所以电解池中生成N2O5的电极反应式是N2O4+2HNO3－2e－=2N2O5+2H+，阳极产生的H+通过质子交换膜移到阴极再放电产生H2，所以溶液的pH无变化。

考点：考查盖斯定律，化学反应速率计算与化学平衡移动，电解原理等。