Question

【題目】研究汽車尾氣的產生、轉化對環境保護有重要意義。汽車尾氣管中的三元催化劑能同時實現CO、CxHy、NOn三種成分的凈化。

(1)已知熱化學方程式：

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

(2)研究表明，溫度對CO、CxHy、NOn的產生和排放有較大影響。

①汽車發動機內的溫度越高，生成的NO越多，原因是____。

②當汽車剛冷啟動時，汽車尾氣管排放的CO、CxHy、NOn濃度較高，一段時間后濃度逐漸降低。汽車剛冷啟動時排放CO、CxHy、NOn濃度較高的原因是____。

(3)催化劑表面CO、CxHy、NOn的轉化如圖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所示轉化中，W的化學式為____。若轉化Ⅱ中消耗CO的物質的量為1mol，生成N2的物質的量為1mol，則被CxHy還原的W的物質的量為____。

②用H2代替CO、CxHy與W反應，該過程相關物質濃度隨時間的變化關系如圖3所示。該過程分為兩步，第一步反應消耗的H2與W的物質的量之比是____。

(4)尾氣凈化過程中，有時會產生N2O。用同位素示蹤法研究發現N2O的產生與NO有關。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的N2O幾乎都是15NNO。寫出該反應的化學方程式：____。

Answer 1

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

【解析】

(1) 根據蓋斯定律進行計算；

(2)①N2和O2反應為吸熱反應，升高溫度有利于平衡正向移動；

②剛冷啟動時，尾氣管內催化劑溫度低，催化效率低（或剛冷啟動時，尾氣管處溫度低，反應速率慢）；

(3) ①在圖1所示的轉化中N、O化合價降低，為氧化劑被還原；

②第一步反應中H2被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba (NO3) 2的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，結合得失電子數目相等計算;

(4)在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO由N元素守恒可知15NO與NH3應為1: 1，結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

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

(2)①N2和O2反應為吸熱反應，升高溫度有利于平衡正向移動，故汽車發動機內的溫度越高，生成的NO越多；

②當汽車剛冷啟動時，汽車尾氣管排放的CO、CxHy、NOn濃度較高，一段時間后濃度逐漸降低。剛冷啟動時，尾氣管內催化劑溫度低，催化效率低（或剛冷啟動時，尾氣管處溫度低，反應速率慢），排放CO、CxHy、NOn濃度較高；

(3)①在圖1所示的轉化中N、O化合價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，再結合圖一由鋇離子參與，所以X為Ba(NO3)2；

若轉化Ⅱ中消耗CO的物質的量為1mol，生成N2的物質的量為1mol，Ba(NO3)2的N元素化合價由+5價降低到0價, 生成氮氣，則1molBa(NO3)2生成氮氣的過程中得到10mol電子，其中CO轉化為CO2的過程中提供2mol電子，即被CO還原的部分是0.2mol，則被CxHy還原的Ba(NO3)2的物質的量為0.8mol；

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

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