综合题15.0分
化学

汽车尾气排放的一氧化碳、氮氧化物等气体已成为大气污染的主要来源。德国大众汽车尾气检测造假事件引起全世界震惊。根据下列示意图回答有关问题:

  

21.汽车发动机工作时会引发N2(g)+O2(g)=2NO(g)  ∆H = +180 kJ·mol-1,其能量变化示意图如下:

则NO中氮氧键的键能为  ▲  kJ·mol-1

22.空燃比过小易产生CO。有人提出可以设计反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)来消除CO的污染。判断该设想是否可行,并说出理由  ▲ 

23.利用活性炭涂层排气管处理NOx的反应为:xC(s)+2NOx(g)N2(g)+xCO2 (g)  ∆H= -b kJ·mol-1若使NOx更加有效的转化为无毒尾气排放,以下措施理论上可行的是  ▲ 

24.催化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,得到图28-1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28-2所示。则前10 s 内,CO和NO百分含量没明显变化的原因是  ▲ 

③研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了以下三组实验:

    根据坐标图28-3,计算400K时该反应的平衡常数为  ▲  ;并在图中画出上表中的实验II、III条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图(标明各条曲线的实验编号)。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

632;

解析

设NO中氮氧键的键能为x,△H=反应物的键能总和﹣生成物的键能总和=(946+498)kJ•mol﹣1﹣2×x=180kJ•mol﹣1,解得x=632 kJ•mol﹣1,故答案为:632;

考查方向

反应热和焓变;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算。

解题思路

△H=反应物的键能总和﹣生成物的键能总和;

易错点

本题考查较为综合,涉及反应热的计算、反应自发性的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素与图象的关系、平衡常数的计算等知识,为高频考点,其中(4)③是难点,把握控制变量法分析反应速率的影响因素及图象为解答的关键,题目难度较大。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

不合理,该反应焓增、熵减,任何条件下都不能自发进行或该反应△H>0,△S<0则△G>0;

解析

2CO(g)=2C(s)+O2(g)(△H>0、△S<0)是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行,所以无法消除CO的污染,故答案为:不合理,该反应焓增、熵减,任何条件下都不能自发进行或该反应△H>0,△S<0则△G>0;

故答案为:5000L•mol﹣1

考查方向

反应热和焓变;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算。

解题思路

根据△H﹣T△H<0来判断反应的自发性;

易错点

本题考查较为综合,涉及反应热的计算、反应自发性的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素与图象的关系、平衡常数的计算等知识,为高频考点,其中(4)③是难点,把握控制变量法分析反应速率的影响因素及图象为解答的关键,题目难度较大。

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

AD

解析

xC(s)+2NOx(g)⇌N2(g)+xCO2 (g)△H=﹣b kJ•mol﹣1.此反应为放热反应,

A.增加排气管长度,增大了相当于增大了固体的接触面积,加快了化学反应速率,故A正确;

B.增大尾气排放口,对反应速率和平衡不产生影响,故B错误;

C.升高排气管温度,温度升高,平衡左移,不利于NOx转化,故C错误;

D.添加合适的催化剂,加快化学反应速率,故D正确;

故答案为:AD;

考查方向

反应热和焓变;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算。

解题思路

A.增加排气管长度,增大了相当于增大了固体的接触面积,加快了化学反应速率,对平衡无影响;

B.增大尾气排放口,对反应速率和平衡不产生影响;

C.升高排气管温度,温度升高,平衡左移,不利于NOx转化;

D.添加合适的催化剂,加快化学反应速率,对平衡无影响;

易错点

本题考查较为综合,涉及反应热的计算、反应自发性的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素与图象的关系、平衡常数的计算等知识,为高频考点,其中(4)③是难点,把握控制变量法分析反应速率的影响因素及图象为解答的关键,题目难度较大。

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

①400K,1MPa:②尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度);③5000L•mol﹣1

解析

①由图2可知,等压条件下,温度越低,NO的转化率越高,因此温度选400K,同温下,NO的转化率随着温度的升高变化不大,所以选用较为经济的1MPa,

故答案为:400K,1MPa:

②汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析,开始的气体含量变化不大,说明温度低,催化剂的作用未起作用;证明反应未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度);

故答案为:尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度);

③设400K达到平衡状态时,则

2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g).

初始浓度(10﹣3mol•L﹣1):1      3.60      0         0

转化浓度(10﹣3mol•L﹣1):0.9     0.9      0.45      0.9

平衡浓度(10﹣3mol•L﹣1):0.1     2.7      0.45      0.9

K==5000L•mol﹣1

因Ⅰ、Ⅱ温度相同,初始浓度相等,催化剂对平衡移动无影响,则平衡不移动,但Ⅱ的速率大,则Ⅱ先达到化学平衡,Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同,而Ⅲ的温度高,则反应速率最大且平衡逆移,即达到化学平衡时c(NO)增大,实验Ⅱ、Ⅲ条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为

故答案为:5000L•mol﹣1

考查方向

反应热和焓变;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算。

解题思路

①综合考虑NO的转化率和成本;

②汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析,开始的气体含量变化不大,说明温度低,催化剂的作用未起作用;

③结合表格中的浓度,利用三段法列出400K时平衡浓度,带入平衡常数表达式计算;根据外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响判断。

易错点

本题考查较为综合,涉及反应热的计算、反应自发性的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素与图象的关系、平衡常数的计算等知识,为高频考点,其中(4)③是难点,把握控制变量法分析反应速率的影响因素及图象为解答的关键,题目难度较大。