Question

近年来全国各地长期被雾霾笼罩，雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上。已知汽车尾气中的主要污染物为NO_x、CO、超细颗粒(PM2.5)等有害物质。目前，已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法。根据下列示意图回答有关问题：

（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

写出该反应的热化学方程式：_________________

（2）空燃比较易产生CO，有人提出可以设计反应2CO(g)===2C(s)＋O₂(g)来消除CO的污染。判断该设想是否可行，并说出理由：_____________________。

（3）在汽车上安装三元催化转化器可实现反应：

(Ⅱ)2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)　ΔH <0 。若该反应在恒压的密闭容器中进行，则下列有关说法正确的是_______________

A．其他条件不变，增大催化剂与反应物的接触面积，能提高反应速率，使平衡常数增大

B．平衡时，其他条件不变，升高温度，逆反应速率增大，正反应速率减小

C．在恒温条件下，混合气体的密度不变时，反应达到化学平衡状态

D．平衡时，其他条件不变，增大NO的浓度，反应物的转化率都增大

（4）将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应(Ⅱ)，经过相同时间内测量逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。以下说法正确的是__________。

A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高

B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响

C．在该题条件下，两种催化剂分别适宜于55 ℃和75 ℃左右脱氮甲醇﹣空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如图甲，

该燃料电池的电池反应式为 2CH₃OH（g）＋3O₂（g）═2CO₂（g）＋4H₂O（l）

①负极的电极反应式为_______________，氧气从_______________（填b或c）口通入

②用该原电池电解AgNO₃溶液，若Fe电极增重5.4g，则燃料电池在理论上消耗的氧气的体积为________mL（标准状况）

Answer

N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH ＝+183 kJ·mol－1 不合理。该反应焓增、熵减，任何条件下都不能自发进行或该反应ΔH>0，ΔS<0，则ΔG>0 C C c 280 mL

【解析】（1）本题考查焓变的计算，△H=反应物的键能总和－生成物的键能总和=(945＋498－630×2)kJ·mol－1=＋183kJ·mol－1；（2）本题考查化学反应进行的方向，根据△G=△H－T△S，此反应是吸热反应，即△H>0，根据反应方程式，属于熵增，即△S>0，因此△G>0，不能自发进行，此设计不可行；（3）本题考查化学平衡常数、影响化学反应速率的因素、化学平衡状态的判断，A、化学平衡常数只受温度的影响，因此使用催化剂，化学平衡常数不变，故错误；B、升高温度，正逆反应速率都增大，故错误；C、组分都是气体，因此气体质量不变，恒压状态下，反应前气体系数大于反应后气体系数，因此气体体积是减小的过程，即当密度不再改变，说明反应达到平衡，故正确；D、NO也是反应物，增大NO的浓度，CO的转化率增大，但NO的转化率降低，故错误；（4）考查影响化学平衡的因素，A、催化剂对化学平衡的移动无影响，故错误；B、反应前后气体系数之和不相等，反应前的气体系数之和大于反应后，增大压强，平衡向正反应方向移动，脱氮率增加，故错误；C、催化效率最高，说明是适宜温度，根据图像，即55℃和75℃，故正确；（5）本题考查电极反应式的书写和电化学的计算，①负极应是通燃料的一极为负极，即通甲醇的一极为负极，根据质子移动的方向，左边电极为负极，右边电极为正极，因此电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋，氧气从b口通入；②Fe极质量增重，说明Fe作阴极，电极反应式为Ag＋＋2e－=Ag，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，因此有2Ag＋～4e－～O2，因此氧气的体积为5.4×22.4×1000/(4×108)mL=280ml。