Question

【題目】研究汽車尾氣的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化對(duì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。汽車尾氣管中的三元催化劑能同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO、CxHy、NOn三種成分的凈化。

(1)已知熱化學(xué)方程式：

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·mol－1

則反應(yīng)CH4(g)＋4NO(g)＝CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝____kJ·mol－1。

(2)研究表明，溫度對(duì)CO、CxHy、NOn的產(chǎn)生和排放有較大影響。

①汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度越高，生成的NO越多，原因是____。

②當(dāng)汽車剛冷啟動(dòng)時(shí)，汽車尾氣管排放的CO、CxHy、NOn濃度較高，一段時(shí)間后濃度逐漸降低。汽車剛冷啟動(dòng)時(shí)排放CO、CxHy、NOn濃度較高的原因是____。

(3)催化劑表面CO、CxHy、NOn的轉(zhuǎn)化如圖1所示，化合物W可借助圖2 (傅里葉紅外光譜圖)確定。

①在圖1所示轉(zhuǎn)化中，W的化學(xué)式為____。若轉(zhuǎn)化Ⅱ中消耗CO的物質(zhì)的量為1mol，生成N2的物質(zhì)的量為1mol，則被CxHy還原的W的物質(zhì)的量為____。

②用H2代替CO、CxHy與W反應(yīng)，該過(guò)程相關(guān)物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖3所示。該過(guò)程分為兩步，第一步反應(yīng)消耗的H2與W的物質(zhì)的量之比是____。

(4)尾氣凈化過(guò)程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生N2O。用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)N2O的產(chǎn)生與NO有關(guān)。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí)，得到的N2O幾乎都是15NNO。寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____。

Answer 1

【答案】－1250.3 N2和O2反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于平衡正向移動(dòng) 剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管內(nèi)催化劑溫度低，催化效率低（或剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管處溫度低，反應(yīng)速率慢） Ba(NO3)2 0.8mol 8∶1 415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O

【解析】

(1) 根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(2)①N2和O2反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于平衡正向移動(dòng)；

②剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管內(nèi)催化劑溫度低，催化效率低（或剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管處溫度低，反應(yīng)速率慢）；

(3) ①在圖1所示的轉(zhuǎn)化中N、O化合價(jià)降低，為氧化劑被還原；

②第一步反應(yīng)中H2被氧化生成水，化合價(jià)由0價(jià)升高到+1價(jià)，Ba (NO3) 2的N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到-3價(jià)，生成氨氣，結(jié)合得失電子數(shù)目相等計(jì)算;

(4)在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí)，得到的笑氣幾乎都是15NNO由N元素守恒可知15NO與NH3應(yīng)為1: 1，結(jié)合電子得失相等配平。

(1)已知①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1

②N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH2＝＋180 kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律，由①-②2得反應(yīng)CH4(g)＋4NO(g)＝CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1250.3kJ·mol－1；

(2)①N2和O2反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于平衡正向移動(dòng)，故汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度越高，生成的NO越多；

②當(dāng)汽車剛冷啟動(dòng)時(shí)，汽車尾氣管排放的CO、CxHy、NOn濃度較高，一段時(shí)間后濃度逐漸降低。剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管內(nèi)催化劑溫度低，催化效率低（或剛冷啟動(dòng)時(shí)，尾氣管處溫度低，反應(yīng)速率慢），排放CO、CxHy、NOn濃度較高；

(3)①在圖1所示的轉(zhuǎn)化中N、O化合價(jià)降低為氧化劑被還原；由傅里葉紅外光譜圖（如圖2所示）確定化合物X含硝酸根，再結(jié)合圖一由鋇離子參與，所以X為Ba(NO3)2；

若轉(zhuǎn)化Ⅱ中消耗CO的物質(zhì)的量為1mol，生成N2的物質(zhì)的量為1mol，Ba(NO3)2的N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到0價(jià), 生成氮?dú)�，則1molBa(NO3)2生成氮?dú)獾倪^(guò)程中得到10mol電子，其中CO轉(zhuǎn)化為CO2的過(guò)程中提供2mol電子，即被CO還原的部分是0.2mol，則被CxHy還原的Ba(NO3)2的物質(zhì)的量為0.8mol；

②第一步反應(yīng)中H2被氧化生成水,化合價(jià)由0價(jià)升高到+1價(jià)，Ba(NO3)2的N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到- 3價(jià), 生成氨氣，則1molBa(NO3)2,生成氨氣轉(zhuǎn)移16mol電子，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為= 8mol,則消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是8:1；

(4)在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí), 得到的笑氣幾乎都是15NNO,由N元素守恒可知15N0與NH3應(yīng)為1 : 1,可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O。