Question

【題目】2016杭州G20峰會期間，中美兩國共同交存參加《巴黎協(xié)定》法律文書，展示了應對全球性問題的雄心和決心。其中燃煤、汽車、工業(yè)尾氣排放等途徑產(chǎn)生的CO、NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。請根據(jù)題目提供信息回答相關(guān)問題。

Ⅰ．已知： N2(g) + O2(g) ＝ 2NO(g) H = + 180.5 kJ·mol-1

2C(s) + O2(g) ＝2CO(g) H = - 221.0 kJ·mol-1

C(s) + O2(g) ＝CO2(g) H = - 393.5 kJ·mol-1

（1）汽車尾氣轉(zhuǎn)化器中發(fā)生的反應為：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)，此反應的H =____；

（2）汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設想選擇合適的催化劑按下列反應除去CO：2CO(g) ＝2C(s) + O2(g)，則該反應能否自發(fā)進行并說明理由：__________________。

Ⅱ．已知：用NH3催化還原NOx時包含以下反應。

反應①：4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 < 0

反應②：4NH3(g) + 6NO2(g) 5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) H2 > 0

反應③：2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 < 0

（3）為探究溫度及不同催化劑對反應①的影響，分別在不同溫度、不同催化劑下，保持其它初始條件不變重復實驗，在相同時間內(nèi)測得N2濃度變化情況如下圖所示。下列說法正確的是__________________ 。

A．在催化劑甲的作用下反應的平衡常數(shù)比催化劑乙時大

B．反應在N點達到平衡，此后N2濃度減小的原因可能是溫度升高，平衡向左移動

C．M點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高發(fā)生了副反應

D．M點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高催化劑活性降低了

（4）圖中虛線為反應③在使用催化劑條件下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖。當其他條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖。__________________

（5）由NO2、O2、熔融鹽NaNO3組成的燃料電池如下圖所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應生成一種氧化物Y，請寫出石墨Ⅱ極的電極反應式：___________________ 。

Answer 1

【答案】 －746.5 kJ·mol－1 否，該反應△H >0，△S <0 CD O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-

【解析】Ⅰ．(1)已知：①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mol，②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221.0kJ/mol，③C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律③×2-②-①可得：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ/mol，故答案為：-746.5 kJ/mol；

(2)2CO(g)=2C(s)+O2(g)，該反應是焓增、熵減的反應，根據(jù)G=△H-T△S，△H＞0，△S＜0，△H-T△S＞0，G＞0，不能實現(xiàn)，故答案為：否，該反應△H >0，△S <0；

Ⅱ．(3)反應①為4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 < 0。A．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度下，在催化劑甲的作用下反應的平衡常數(shù)與催化劑乙的作用下反應的平衡常數(shù)相等，故A錯誤；B．根據(jù)題意，用NH3催化還原NOx時包含3個反應，反應在N點達到平衡，此后N2濃度減小，原因可能是發(fā)生了副反應或催化劑活性降低，故B錯誤；C、D．根據(jù)題意，用NH3催化還原NOx時包含3個反應，M點后N2濃度減小，原因可能是發(fā)生了副反應或催化劑活性降低，故CD正確；故選CD；

(4)反應③為2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 < 0。不使用催化劑情況下，反應速率減慢，到達平衡時間變長，但不影響平衡移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變，不使用催化劑情況下，起始O2、NO投料比和NO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖為：，故答案為：；

(5)由圖可知，石墨Ⅱ上氧氣得到電子，則石墨Ⅱ為正極，石墨I上NO2失去電子，化合價升高，生成一種氧化物Y，則Y為N2O5，石墨I的電極反應為NO2+NO3--e-═N2O5，正極發(fā)生還原反應，石墨Ⅱ的電極反應式為O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-，故答案為：O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-。