Question

【题目】氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)； ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)； ΔH＝－483.6 kJ·mol－1

则反应2H2(g)＋2NO(g)===2H2O(g)＋N2(g)；ΔH＝__________。

（2）在压强为0.1 MPa条件，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0

①下列能说明该反应达到平衡状态的是________________。

a．混合气体的密度不再变化 b．CO和H2的物质的量之比不再变化

c．v(CO)=v(CH3OH) d．CO在混合气中的质量分数保持不变

②T1℃时，在一个体积为5 L的恒压容器中充入1 mol CO、2 mol H2，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.75，则T1℃时，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K=_______________________。

③在T1℃时，在体积为5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO，反应达到平衡时CH3OH的体积分数与n(H2)／n(CO)的关系如图所示。温度不变，当时，达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图象中的___________点。

（3）用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

①探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图1所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是___________。

②测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图2所示。则前10 s内，CO和NO百分含量没明显变化的原因是____________。

（4）如图所示的装置能吸收和转化NO2和SO2。

①阳极区的电极反应式为___________________________。

②阴极排出的溶液中含S2O离子，能将NO2气体转化为无污染气体，同时生成的SO可在阴极区再生。写出该反应的离子方程式：___________________________。

Answer 1

【答案】 －664.1 kJ·mol－1 ad 75 F 400K，1Mpa 尚未达到催化剂工作温度或尚未达到反应所需的温度 SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ 4S2O＋2 NO2＋8OH－=8SO＋N2＋4H2O

【解析】（1）根据盖斯定律：第二个方程式减第一个方程式，整理后即可计算出该反应的ΔH= －664.1 kJ·mol－1；正确答案：－664.1 kJ·mol－1。

（2）①在压强不变的情况下，反应前后混合气体的总质量不发生改变，气体的总体积在发生变化，当二者的比值不再发生改变时，反应达到平衡状态，a正确；CO和H2都为反应物，在发生反应时是按照1:2比例进行的，无 论 进 行 到 什 么 程 度，二 者的物质的量之比不再变化，无法判断反应是否达平衡，b错误；v(CO)=v(CH3OH)没 有 标 出 速 率 的方向，无法判定，c错误；反应达到平衡状态后，CO在混合气中的质量分数保持不变，d正确。答案选ad。

② 因为CO的转化率为0.75，所 以 反应 中 消 耗 CO的 总 量为 0.75 mol，容器的体积为5 L。

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

起始量 1 2 0

变化量 0.75 1.5 0.75

平衡量 0.25 0.5 0.75

平衡浓度0.05 0.1 0.15

平衡常数= ，正确答案：300。

③温度不变，当时， 甲醇的体积分数为最大值， 当时，虽然增加了氢气的浓度，平衡右移，甲醇的含量增加，但是混合气体的总体积增加的多，导致CH3OH的体积分数减少，应该是图象中的F点；正确选项F。

（3）①根据图像可知，在压强不变的情况下，该反应温度越低，NO的转化率越大；当反应温度在400K时，压强为1 Mpa时，转化率为90%，当压强增大到5 Mpa时，转化率为95%，虽然转化率有提高，但是压强的增大，需 要 很 高 的 成本，不划算，所以催化装置比较适合的温度和压强是400K、1Mpa；答案为400K、1Mpa。

②需要控制在一定的温度范围内，才能发挥催化剂的最大催化能力，则前10 s内，尚未达到催化剂工作温度或尚未达到反应所需的温度，所以CO和NO百分含量没明显变化；正确答案：尚未达到催化剂工作温度或尚未达到反应所需的温度。

（4）①阳极发生氧化反应，SO2失去电子被氧化为硫酸，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒规律，极反应为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ ；正确答案为 SO2－2e－＋2H2O==SO＋4H＋。

②在碱性环境中，S2O离子中+3价硫元素被氧化为+4价的SO，NO2中+4价的氮元素被还原到0价，即为氮气，无污染气体，离子方程式为4S2O＋2 NO2＋8OH－ = 8SO＋N2

＋4H2O ； 正确答案：4S2O＋2 NO2＋8OH－ =8SO＋N2＋4H2O 。