Question

【題目】在工業(yè)廢氣和汽車尾氣中含有多種氮氧化物，主要是NO 和NO2，都以NOx來表示。NOx能破壞臭氧層，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，是造成大氣污染的主要來源之一�；卮鹣铝袉栴}：

(1)已知 1mol 分子分解為單個(gè)原子所需要的能量為解離焓。 N2(g)、NO(g)、O2(g)的解離焓分別為941.7、631.8、493.7(單位kJ/mol)，計(jì)算反應(yīng) 2NO(g) = N2(g) + O2(g)的△H=_______kJ/mol，試判斷NO(g)常溫、常壓下能否自發(fā)分解 ________填能或不能)。

(2)為防止光化學(xué)煙霧，除從工廠、汽車的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)外，也要采用某些化學(xué)方法。用焦炭還原NOx 的反應(yīng)為2NOx(g) + xC(s)N2(g) + xCO2(g)

Ⅰ.在恒溫條件下，2 molNO2(g)和足量 C(s)反應(yīng)，測(cè)得平衡時(shí) NO2(g)和 CO2(g)的物質(zhì)的量濃度與平衡總壓的關(guān)系如圖所示：

①A、B兩點(diǎn)NO2平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系α(A)____α(B)，平衡常數(shù)關(guān)系K(A)_____K(B)(填＞、＜或＝)。

②計(jì)算C點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=_____MPa(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度)計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Ⅱ.現(xiàn)在向容積均為 2L 的兩個(gè)密閉容器A、B中加入一定量的 NO(g)和足量的C(s)，相同溫度下測(cè)得兩容器中n(NO)隨時(shí)間變化情況如表所示：

	0	20	40	60	80
n(NO)/mol(A)	2	1.5	1.1	0.8	0.8
n(NO)/mol(B)	1	0.8	0.65	0.53	0.45

B容器內(nèi)反應(yīng)在 100s時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0~100s內(nèi)用 NO 表示的平均反應(yīng)速率為v(NO)= ____________。

(3)近年來電化學(xué)方法在處理氮氧化物方面也起到了一定的作用，如圖是一種氨氣一二氧化氮燃料電池，常溫下可將二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?/span>

①c口通入的氣體為______ ，寫出負(fù)極反應(yīng)的方程式 ________。

②若a、d口產(chǎn)生的氣體體積共為1.568L(標(biāo)況下)，電路中通過的電子數(shù)為____。

Answer 1

【答案】-171.8 能 > = 1 3×10-3 mol·L-1·s-1 NO2 2NH3-6e-=N2+6H+ 0.24 NA

【解析】

(1)根據(jù)解離焓的定義和焓變的定義可知焓變應(yīng)等于反應(yīng)物的解離焓之和-生成物的解離焓之和，所以反應(yīng)2NO(g) = N2(g) + O2(g)的△H =2×631.8kJ/mol-(941.7 kJ/mol+493.7 kJ/mol)= -171.8 kJ/mol；該反應(yīng)熵變不大，而該反應(yīng)△H<0，所以常溫常壓下△H-T△S<0，所以該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行；

(2)Ⅰ. NO2(g)和C(s)反應(yīng)方程式為2NO2(g) + 2C(s)N2(g) + 2CO2(g)；

①該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡會(huì)左移，即壓強(qiáng)越大NO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小，A、B兩點(diǎn)均為平衡點(diǎn)，而B點(diǎn)的壓強(qiáng)大于A點(diǎn)，所以轉(zhuǎn)化率α(A)>α(B)；該反應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行，溫度不變平衡常數(shù)不變，所以K(A)=K(B)；

②初始投料為2 molNO2和足量 C，容器體積為2L，C點(diǎn)NO2和CO2的濃度相等，設(shè)生成的CO2物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應(yīng)方程式2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)可知剩余的NO2的物質(zhì)的量為(2-x)mol，則有x=2-x，所以此時(shí)容器中n(NO2)=n(CO2)=1mol，n(N2)=0.5mol；總壓強(qiáng)為5MPa，則p(NO2)=p(CO2)==2MPa，p(N2)=1MPa，Kp==1；

Ⅱ. NO(g)和C(s)反應(yīng)方程式為2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)，該反應(yīng)前后氣體體積不變，且反應(yīng)為C為固體，所以相同溫度下不同容器中通入不同量的NO，最終達(dá)到的均為等效平衡；據(jù)表格數(shù)據(jù)可知A容器60s時(shí)已經(jīng)到達(dá)平衡，初始投料A容器中NO的物質(zhì)的量時(shí)B容器的二倍，二者達(dá)到等效平衡，所以平衡時(shí)B容器中n(NO)=0.4mol，容器體積為2L，所以0~100s內(nèi)用 NO 表示的平均反應(yīng)速率為v(NO)== 3×10-3 mol·L-1·s-1；

(3)該裝置為原電池，根據(jù)氫離子的移動(dòng)方向可知右側(cè)為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，左側(cè)為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

①右側(cè)為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，該過程中二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獗贿�原，應(yīng)發(fā)生在正極區(qū)，即c口通入的氣體為NO2；氨氣在負(fù)極被氧化成氮?dú)�，電極方程式為：2NH3-6e-=N2+6H+；

②該電池工作時(shí)，正極反應(yīng)為6NO2+24H++24e-=3N2+12H2O，負(fù)極反應(yīng)為8NH3-24e-=4N2+24H+，可知轉(zhuǎn)移24mol電子時(shí)，正極產(chǎn)生3mol氣體，負(fù)極產(chǎn)生4mol氣體，共7mol氣體，標(biāo)況下1.568L的物質(zhì)的量為0.07mol，所以轉(zhuǎn)移的電子為0.24mol，數(shù)目為0.24NA。