Question

“霾”是当今世界环境热点话题。目前我国许多地方空气质量恶化原因之—是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：

2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g)+N₂(g) △H=-akJ·mol^-1 （a>0）

（1）在一定温度下，将2.0 mol NO、2.4 mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中，

反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：

① 0〜15 min N₂的平均速率v(N₂)=_______；NO的转化率为    _______。

②20 min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是_______（选填序号）。

a．缩小容器体积        b．增加CO的量         c．降低温度        d．扩大容器体积

③若保持反应体系的溫度不变，20 min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化学平衡将________移动（选填“向左”、“向右”或“不”），重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为___________。

（2）已知：2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g) △H=-bkJ·mol^-l （b>0）CO的燃烧热△H=-ckJ·mol^-l（c>0）

则在消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO发生反应的热化学反应方程式为______________。

（3）工业废气中含有的NO₂还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO₂转化为N₂O₄，然后采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示。Pt乙为_______极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是_________。

Answer

0.013mol/(L·min) 40% cd 向左 0.14 4CO(g)+2NO2(g)=N2(g)+4CO2(g)△H=-(a-b+2c)kJ·mol-1 阴 N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+

【解析】（1）本题考查化学反应速率的计算、转化率的计算、影响化学平衡的因素以及化学平衡常数的计算，①根据化学反应速率的数学表达式，v(N2)=0.2/15mol/(L·min)=0.13mol/(L·min)，0－15min，消耗CO的物质的量为(1.2－0.8)×2mol=0.8mol，即消耗NO的物质的量为0.8mol，则NO的转化率为0.8/2×100%=40%；②20min达到平衡，CO浓度降低，平衡向正反应方向进行，a、缩小容器的体积，压强增大，虽然平衡向正反应方向移动，但CO的浓度增大，故a错误；b、增加CO的量，虽然平衡向正反应方向移动，但CO浓度增大，故b错误；c、此反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO浓度降低，故c正确；d、扩大容器的体积，虽然平衡向逆反应方向移动，但组分的浓度降低，故d正确；③

2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)

起始浓度： 1 1.2 0 0

变化浓度： 0.4 0.4 0.4 0.2

平衡浓度： 0.6 0.8 0.4 0.2 根据平衡常数的定义，K=，代入数值，解得K=0.14，达到平衡后再通入NO、N2各0.4mol，此时氮气的浓度为0.4mol，NO的浓度为0.8mol，其余不变，代入Qc=，解得Qc=0.16>0.14，说明平衡向左进行，化学平衡常数只受温度的变化，温度不变，化学平衡常数不变，即此时平衡常数仍为0.14；（2）考查热化学反应方程式的书写，CO的燃烧的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) △H=－2ckJ·mol－1…①，2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H=-bkJ·mol－1…②，2NO(g)+2CO(g)=2CO2(g)+N2(g) △H=-akJ·mol－1…③，NO2与CO反应方程式为4CO＋2NO2=N2＋4CO2，依据盖斯定律，①＋③－②得出4CO(g)+2NO2(g)=N2(g)+4CO2(g) △H=－(a－b+2c)kJ·mol－1；（3）考查电解原理的应用，Pt乙电极上产生N2O4，N2O4中N为＋4价，HNO3中N显＋5价，N的化合价降低，因此Pt乙为阴极；生成N2O5的电极反应式为：N2O4+2HNO3-2e－=2N2O5+2H＋。

点睛：本题的难点是电极反应式的书写，根据电解的原理，阴极上得电子，化合价降低，Pt乙产生N2O4，N2O4中N为＋4价，Pt乙通入物质为硝酸，HNO3中N显＋5价，N的化合价降低，说明Pt乙为阴极，则Pt甲为阳极，根据装置图，阳极上通入N2O4和无水硝酸，此电极上失去电子，化合价升高，应是制备N2O5，环境是酸性，因此电极反应式为N2O4+2HNO3-2e－=2N2O5+2H＋。