Question

【題目】汽車尾氣中含有CO、NO、NO2、碳?xì)浠�合物等多種污染物。回答下列問題：

(1)汽車燃料中不含氮元素，尾氣中所含NO產(chǎn)生的原因是__。

(2)已知：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=-10244kJ·mol-1

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=-746kJ·mol-1

①若H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ·mol-1，則表示辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為__。

②部分化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

△H2=___kJ·mol-1

(3)1573K時(shí)，N2+O22NO平衡常數(shù)為2.0×10-6，若測得內(nèi)燃機(jī)內(nèi)平衡混合氣中氮?dú)�、氧氣的物質(zhì)的量分別為0.2mol、0.001mol，則生成NO的物質(zhì)的量為__mol，N2的轉(zhuǎn)化率為__。

(4)反應(yīng)NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)為1.68×1060，從熱力學(xué)角度看，該反應(yīng)程度應(yīng)該很大，實(shí)際汽車尾氣中該反應(yīng)的程度很小，原因是__，要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時(shí)間內(nèi)該反應(yīng)的程度，關(guān)鍵是要___。

Answer 1

【答案】高溫下空氣中的氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的 C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1 +196 2.0×10-5 0.005% 該反應(yīng)活化能高，反應(yīng)速率慢 尋找耐高溫的催化劑

【解析】

此題借助汽車尾氣轉(zhuǎn)化過程，綜合考查化學(xué)反應(yīng)原理，考點(diǎn)涉及利用蓋斯定律計(jì)算和書寫熱化學(xué)方程式，化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，化學(xué)平衡及平衡常數(shù)的計(jì)算，考查學(xué)生的計(jì)算能力和分析能力。

(1)汽車燃料中不含氮元素，尾氣中含NO，則N可能來源于空氣，空氣中的氮?dú)馀c氧氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)得到NO；

(2)①已知I：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=-10244kJ·mol-1

II：H2O(1)=H2O(g) △H4=+44kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律，將I÷2-II ×9得，C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)， ΔH=△H1÷2-△H4×9=(-10244÷2-44×9) kJ·mol-1=-5518kJ·mol-1，即辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1；

②根據(jù)表格所給數(shù)據(jù)以及已知方程，將N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=-746kJ·mol-1

將兩熱化學(xué)方程式相加，得到新的熱化學(xué)方程式為2CO(g) +O2(g) = 2CO2(g) ΔH=△H2+△H3=(2×1076+494-4×799) kJ·mol-1=-550 kJ·mol-1，△H2=ΔH-△H3=[-550-(-746)] kJ·mol-1=+196 kJ·mol-1；

(3)設(shè)內(nèi)燃機(jī)體積為V，則K=c2(NO)÷[c(N2)c(O2)]= n2(NO)÷[n(N2)n(O2)]= 2.0×10-6，代入數(shù)據(jù)算出n(NO)= 2.0×10-5 mol，則轉(zhuǎn)化的N2的物質(zhì)的量為1.0×10-5 mol，N2的轉(zhuǎn)化率=1.0×10-5 mol÷(1.0×10-5 mol+0.2mol)×100%=0.005%；

(4)平衡常數(shù)很大，反應(yīng)程度應(yīng)該很大，實(shí)際汽車尾氣中該反應(yīng)的程度很小，可能是因?yàn)樵摲磻?yīng)活化能高，反應(yīng)速率慢，要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時(shí)間內(nèi)該反應(yīng)的程度，即增加凈化速率，需要降低活化能，需要尋找耐高溫的催化劑。