Question

【題目】汽車尾氣中含有CO、NO、NO2、碳氫化合物等多種污染物。回答下列問題：

（1）汽車燃料中不含氮元素，尾氣中所含NO產生的原因是____________________。

（2）已知：2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) △H1=－10244kJ·mol－1

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H3=－746kJ·mol－1

①若H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ·mol－1，則表示辛烷燃燒熱的熱化學方程式為____________________。

②部分化學鍵鍵能數據如下：

△H2=__________kJ·mol－1

（3）1573K時，N2+O22NO平衡常數為2.0×10－6，若測得內燃機內平衡混合氣中氮氣、氧氣的物質的量分別為0.2mol、0.001mol，則生成NO的物質的量為__________mol，N2的轉化率為__________。

（4）反應NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)的平衡常數為1.68×1060，從熱力學角度看，該反應程度應該很大，實際汽車尾氣中該反應的程度很小，原因是____________________，要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時間內該反應的程度，關鍵是要____________________。

（5）T<500K時，反應NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)分兩步進行：

第一步：NO2(g)+NO2(g)→NO3(g)+NO(g) (慢反應)

第二步：NO3(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g) (快反應)

下列表述正確的是__________(填標號)

A.反應速率與NO濃度有關 B.反應速率與NO2濃度有關

C.反應的中間產物只有NO3 D.第二步反應活化能較高

Answer 1

【答案】高溫下空氣中的氮氣與氧氣反應產生的 C8H18 (l) +O2 (g) = 8CO2(g) + 9H2O(l) ΔH=-5518 kJ·mol-1 +196 2.0×10-5 0.005% 該反應活化能高，反應速率慢 尋找耐高溫的催化劑 BC

【解析】

(1)高溫條件下空氣中N2與O2化合生成NO。

(2) 101kPa下，1mol純物質完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量稱為燃燒熱，結合蓋斯定律寫出熱化學方程式。利用反應熱與鍵能的關系：反應熱△H =反應物總鍵能-生成物總鍵能來計算△H2。

(3)根據反應N2+O22NO的平衡常數表達式K=計算。

(4)一個具體的化學反應應用于實際時，不僅要考慮反應進行的程度（熱力學），而且要考慮反應進行得快慢即反應速率（動力學）。

(5)如果一個反應有幾個基元反應構成，反應速率取決于最慢的基元反應。

(1)高溫條件下空氣中N2與O2化合生成NO， N2+O22NO。

(2)①給相關的熱化學方程式編號[1]2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g),△H1=－10244kJ·mol－1；[2] H2O(1)=H2O(g),△H=+44kJ·mol－1。根據燃燒熱的含義和蓋斯定律，將[1]÷2－[2]×9得C8H18(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1), △H=－10244kJ·mol－1÷2－44kJ·mol－1×9=-5518 kJ·mol－1，則表示辛烷燃燒熱的熱化學方程式為C8H18(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1), △H=-5518 kJ·mol－1。②給相關熱方程式編號[3]N2(g)+O2(g)=2NO(g),△H2；[4]2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),△H3=－746kJ·mol－1。將[3]+[4]得2CO(g)+O2(g)=2CO2, △H2+△H3，根據反應熱與鍵能的關系有：△H2+△H3=(2×1076kJ/mol+494kJ/mol)－2×2×799kJ/mol=－550kJ/mol，由此得△H2=-550kJ/mol－△H3=-550kJ/mol－(-746kJ/mol)=+196kJ/mol。

(3)設內燃機內平衡混合氣體中NO的物質的量為x，且內燃機燃燒室的容積為VL，根據反應N2+O22NO平衡常數表達式得K===2.0×10－6，解得x=2.0×10－5mol即平衡混合氣體中NO的物質的量為2.0×10－5mol。根據反應方程式計量關系知，生成2.0×10－5molNO時消耗N2的物質的量=×2.0×10－5mol=1.0×10－5mol，未反應N2的物質的量為0.2mol，反應前N2的物質的量=0.2mol+1.0×10－5mol≈0.2mol，該反應中N2的轉化率=×100%=0.005%。

(4)一個具體的化學反應應用于實際時，不僅要考慮反應進行的程度，而且要考慮反應進行得快慢即反應速率，反應NO(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)在實際汽車尾氣中進行的程度很小，原因是該反應活化能高，反應速率慢。提高反應速率最有效的措施是尋找合適的催化劑，所以要增大汽車尾氣凈化裝置中單位時間內該反應的程度，關鍵是要尋找耐高溫的催化劑。

(5)A. NO是生成物，所以NO的濃度與該反應速率沒有直接關系，A項錯誤；B. 反應NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)分兩步進行，主要取決于“慢反應”的步驟，所以NO2的濃度影響該反應速率，B項正確；C.由兩步反應看出，反應物中和最終產物中都沒有NO3，所以反應中間產物只有NO3，C項正確；D.因第二步NO3(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)是快反應，所以第二步反應的活化能很小，D項錯誤；答案選BC。