Question

6．一氧化碳是一種用途廣泛的化工基礎(chǔ)原料．有機(jī)物加氫反應(yīng)中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會使催化劑鎳中毒，在反應(yīng)過程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，為弄清該方法對催化劑的影響，查得資料如下：

則：（1）①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂與Ni反應(yīng)再使其失去催化作用．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（2）工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=9．如果反應(yīng)開始時，在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質(zhì)的量都是0.60mol，5min末達(dá)到平衡，則此時CO的轉(zhuǎn)化率為75%，H₂的平均生成速率為0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）為減少霧霾、降低大氣中有害氣體含量，研究機(jī)動車尾氣中CO、NO_x及C_xH_y的排放量意義重大．機(jī)動車尾氣污染物的含量與空/燃比 （空氣與燃油氣的體積比）的變化關(guān)系示意圖如圖Ⅲ所示，請解釋：
①隨空/燃比增大，CO和C_xH_y的含量減少的原因是空/燃比增大，燃油氣燃燒更充分，故CO、CxHy含量減少．
②當(dāng)空/燃比達(dá)到15后，NO_x減少的原因可能是因?yàn)榉磻?yīng) N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸熱反應(yīng)，當(dāng)空/燃比大于15后，由于燃油氣含量減少，燃油氣燃燒放出的熱量相應(yīng)減少，環(huán)境溫度降低，使該反應(yīng)不易進(jìn)行，故NO_x減少．

Answer 1

分析 （1）①Ni能與氧氣反應(yīng)；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
利用蓋斯定律進(jìn)行計算即可；
（2）根據(jù)所給反應(yīng)的平衡常數(shù)，利用三段式法計算出平衡濃度減小求算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
來分析求解；
（3）①燃油氣燃燒更充分；
②反應(yīng) N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸熱反應(yīng)．

解答 解：（1）①Ni能與氧氣反應(yīng)，使Ni失去催化作用；
故答案為：避免O₂與Ni反應(yīng)再使其失去催化作用；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，
故答案為：-270kJ/mol；
（2）設(shè)參加反應(yīng)的CO的濃度為x         
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
K=9.0=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，
所以CO的轉(zhuǎn)化率α（CO）=$\frac{0.225mol/L}{0.30mol/L}$×100%=75%，
氫氣反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案為：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）①空/燃比增大，空氣充分，可使燃油氣燃燒更充分，以減少CO、CxHy含量，減少空氣污染，
故答案為：空/燃比增大，燃油氣燃燒更充分，故CO、CxHy含量減少；
②反應(yīng) N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸熱反應(yīng)，當(dāng)空/燃比大于15后，由于燃油氣含量減少，燃油氣燃燒放出的熱量相應(yīng)減少，環(huán)境溫度降低，反應(yīng) N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 不易進(jìn)行，則導(dǎo)致NO_x減少，
故答案為：因?yàn)榉磻?yīng) N₂（g）+O₂（g）?2NO（g） 是吸熱反應(yīng)，當(dāng)空/燃比大于15后，由于燃油氣含量減少，燃油氣燃燒放出的熱量相應(yīng)減少，環(huán)境溫度降低，使該反應(yīng)不易進(jìn)行，故NO_x減少．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及催化劑、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)的求算，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，題目難度不大，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力．