Question

【題目】NOx是造成大氣污染的主要物質(zhì)，現(xiàn)在工業(yè)上脫硝有多種方法。試回答下列問題

I.采用NaClO2溶液作為吸收劑可進(jìn)行脫硝。反應(yīng)一段時(shí)間后溶液中離子濃度的分析結(jié)果如下表：

寫出NaClO2溶液和NO反應(yīng)的脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式：______________________.

Ⅱ.用焦炭還原法將其轉(zhuǎn)化為無污染的物質(zhì)也可進(jìn)行脫硝。已知：

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H1=-221.0kJ·mol－1;

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2=+180.5kJ/mol

2NO(g)+2CO(g)=2CO2(g)+N2 (g) △H3=-746.0kJ /mol

回答下列問題

（1）用焦炭還原NO生成無污染氣體的熱化學(xué)方程式為______________________.

（2）在一定溫度下，向甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中加入一定量的NO和足量的焦炭，反應(yīng)過程中測得各容器中c(NO)(mo/L)隨時(shí)間(s)的變化如下表：(已知：三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T甲=400℃、T乙=400℃、T丙=a℃)

甲容器中，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________丙容器的反應(yīng)溫度a__________400℃(填“>”，<”或“=”)，理由是___________________________________.，用NH3催化還原NOx，也可以消除氮氧化物的污染。已知：8NH3(g)+6NO2(g)7N2(g)+12H2O(l),ΔH<0。相同條件下,在2L密閉容器內(nèi),選用不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng),產(chǎn)生N2的量隨時(shí)間的變化如圖所示

①在催化劑A的作用下0-4min的v(NO2)=___________________.

②該反應(yīng)活化能Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)由小到大的順序是_____________，理由是_______________________________________.

③下列說法不正確的是____________(填序號)。

a.使用催化劑A達(dá)平衡時(shí),△H值更大

b升高溫度可使容器內(nèi)氣體顏色加深

c.單位時(shí)間內(nèi)形成N-H鍵與O-H鍵的數(shù)目相等時(shí),說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡

d.若在恒容絕熱的密閉容器中反應(yīng),當(dāng)平衡常數(shù)不變時(shí),說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡

Answer 1

【答案】4NO+3ClO2－+4OH=4NO3－+2H2O+3Cl2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g) △H573.75kJ/mol（或0.5625）反應(yīng)放熱，甲、丙容器容積相同，反應(yīng)起始量相同，達(dá)平衡時(shí)，K(丙)<K(甲)（或丙達(dá)平衡的時(shí)間比甲短）0.375mol/(L·min)Ea(A)<Ea(B)<Ea(C)相同時(shí)間內(nèi)生成的N2越多，反應(yīng)速率越快，活化能越低a

【解析】

I．從題目表格中數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)物中含有的離子主要是NO3-、Cl，則NaClO2溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式為4NO+3ClO2－+4OH=4NO3－+2H2O+3Cl；

Ⅱ.（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；

（2）依據(jù)可逆反應(yīng)2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g)在甲、乙、丙三種不同條件下建立平衡，建立三行式，找出平衡濃度，計(jì)算平衡常數(shù)；

依據(jù)可逆反應(yīng)8NH3(g)+6NO2(g)7N2(g)+12H2O(l) ΔH<0，結(jié)合圖像分析計(jì)算反應(yīng)速率，比較活化能大小，判斷平衡移動等。

I．從題目表格中數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)物中含有的離子主要是NO3-、Cl，則NaClO2溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式為4NO+3ClO2－+4OH=4NO3－+2H2O+3Cl，

因此，本題答案為：4NO+3ClO2－+4OH=4NO3－+2H2O+3Cl；

Ⅱ.（1）已知：

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H1=-221.0kJ·mol－1;

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2=+180.5kJ/mol

2NO(g)+2CO(g)=2CO2(g)+N2 (g) △H3=-746.0kJ /mol

由蓋斯定律（①+③-②）÷2得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g) 573.75kJ/mol，

因此，本題答案為：2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g) 573.75kJ/mol；

（2）甲容器中，30s時(shí)達(dá)到平衡：

2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g)

起始濃度（mol/L）2.00 0 0

變化濃度（mol/L）1.20 0.60 0.60

平衡濃度（mol/L）0.80 0.60 0.60

平衡常數(shù)K===，

從表中數(shù)據(jù)可知，丙容器和甲容器起始量相同，丙達(dá)平衡的時(shí)間比甲短，說明丙反應(yīng)比甲快，故溫度比甲高，

因此，本題答案為：（或0.5625）； ；應(yīng)放熱，甲、丙容器容積相同，反應(yīng)起始量相同，達(dá)平衡時(shí)，K(丙)<K(甲)（或丙達(dá)平衡的時(shí)間比甲短）；

①由圖像可知，在催化劑A的作用下4min，n(N2)=3.5mol，則v(N2)==0.4375 mol/(L·min)

由方程式8NH3(g)+6NO2(g)7N2(g)+12H2O(l)，根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則

v(NO2)= v(N2)=0.4375 mol/(L·min)= 0.375mol/(L·min)，

② 由圖像可知，相同時(shí)間內(nèi)生成的N2的物質(zhì)的量A>B>C，相同時(shí)間內(nèi)生成的N2越多，說明反應(yīng)速率越快，則活化能越低，該反應(yīng)活化能Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)由小到大的順序是Ea(A)<Ea(B)<Ea(C)，

因此，本題答案為：Ea(A)<Ea(B)<Ea(C)；相同時(shí)間內(nèi)生成的N2越多，反應(yīng)速率越快，活化能越低；

③ a.△H值大小與是否使用催化劑無關(guān)，故a錯誤；

b.正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，NO2濃度增大，容器內(nèi)氣體顏色加深，故b正確；

c.單位時(shí)間內(nèi)形成N-H鍵與O-H鍵的數(shù)目相等時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)生成8個(gè)NH3，同時(shí)生成12個(gè)H2O時(shí)，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故c正確；

d.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，當(dāng)平衡常數(shù)不變時(shí)，說明溫度不變，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故d正確。

因此，本題答案為：a。