Question

【題目】氮的氧化物(NOx)是大氣主要污染物，有效去除大氣中的NOx是環(huán)境保護(hù)的重要課題。

（1）N2O又稱笑氣，有輕微的麻醉作用，N2O在一定條件下可分解為N2、O2�；卮鹣铝袉栴}：

已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJmol-1

②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H2=-114.14kJmol-1

③3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) △H3=-115.52kJmol-1

則反應(yīng)2N2O(g)=2N2(g)+O2(g) △H=_______ kJmol-1

（2）汽車尾氣中的NO和CO可在催化劑作用下生成無污染的氣體而除去。在密閉容器中充入10molCO和8molNO發(fā)生反應(yīng),測得平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖

①已知T2>T1，則反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)2N2(g)+2CO2(g)，△H___0（填“>”“=”或“<”）

②該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和NO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有____(填字母序號)

a．改用高效催化劑 b．縮小容器的體積 c．增加CO的濃度 d．升高溫度

③壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進(jìn)行到20min達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器的體積為4L，則用N2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（N2)=____，該溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp= ___MPa-1(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

④在D點(diǎn)，對反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積至體系壓強(qiáng)減小，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A~G點(diǎn)中____點(diǎn)。

（3）在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2，將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間，NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖所示。

①在50℃~150℃范圍內(nèi)隨溫度升高，NOx的去除率迅速上升的原因是____。

②當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___。

Answer 1

【答案】-244.1 ＜ bc 0.025 mol·L-1·min-1 4/45（或0.089) A 催化劑活性隨溫度升高而增大，使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；溫度升高，反應(yīng)速率加快 催化劑活性下降（或NH3與O2反應(yīng)生成了NO）

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算△H；

（2）①可逆反應(yīng)升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；

②為提高反應(yīng)速率同時(shí)提高NO的轉(zhuǎn)化率，需要改變條件平衡正向進(jìn)行；

③在密閉容器中充入10molCO和8molNO，發(fā)生反應(yīng)，壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進(jìn)行到20min達(dá)到平衡狀態(tài)，NO體積分?jǐn)?shù)為25%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算，v（N2）=△c/△t，該溫度下平衡常數(shù)Kp=生成物平衡分壓冪次方乘積/反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積；

④若在D點(diǎn)升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積至體系壓強(qiáng)減小，則平衡會正向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)增大；

（3）①在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低；

②在溫度、催化劑條件下，氨氣能被催化氧化生成NO。

（1）已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJmol-1

②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H2=-114.14kJmol-1

③3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) △H3=-115.52kJmol-1

由蓋斯定律可知，②-①2-③2得2N2O（g）=2N2（g）+O2（g），則△H=-114.14 kJmol-1 -（+180.5kJ·mol-1）2-（-115.52kJmol-1）2=-244.1kJ·mol－1，則反應(yīng)2N2O (g)=2N2(g)+O2(g) △H=-244.1kJmol-1；

（2）①已知T2＞T1，由圖示可知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）2N2（g）+2CO2（g），升高溫度后，平衡后NO的體積分?jǐn)?shù)增大，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，則△H＜0；

②2CO（g）+2NO（g）N2（g+2CO2（g）△H＜0；

a．改用高效催化劑加快反應(yīng)速率，平衡不變，轉(zhuǎn)化率不變，故a不能同時(shí)提高反應(yīng)速率和NO的轉(zhuǎn)化率；

b．縮小容器的體積，體系內(nèi)壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故b能同時(shí)提高反應(yīng)速率和NO的轉(zhuǎn)化率；

c．增加CO的濃度反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故c能同時(shí)提高反應(yīng)速率和NO的轉(zhuǎn)化率；

d．升高溫度反應(yīng)速率增大，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，NO的轉(zhuǎn)化率減小，故d不能同時(shí)提高反應(yīng)速率和NO的轉(zhuǎn)化率；故選bc；

③在密閉容器中充入10molCO和8molNO，發(fā)生反應(yīng)，壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進(jìn)行到20min達(dá)到平衡狀態(tài)，NO體積分?jǐn)?shù)為25%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)生成氮?dú)馕镔|(zhì)的量為x，

2CO（g）+2NO（g）N2（g）+2CO2（g）△H=-749 kJ·mol－1；

起始量（mol） 10 8 0 0

變化量（mol） 2x 2x x 2x

平衡量（mol） 10-2x 8-2x x 2x

（8-2x）/(10-2x＋8-2x+x+2x)×100%=25%，x=2mol，v（N2）=△c/△t=2mol/(4L×20min)=0.025 mol·L-1·min-1；

平衡氣體總物質(zhì)的量=16mol，該溫度下平衡常數(shù)Kp= =0.089（MPa）-1；

④若在D點(diǎn)升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積至體系壓強(qiáng)減小，則平衡會逆向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)增大，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A點(diǎn)；

（3）在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低，根據(jù)圖知：

①催化劑活性隨溫度升高而增大，使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；溫度升高，反應(yīng)速率加快.

②在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性下降；（或在溫度、催化劑條件下，氨氣能被催化氧化生成NO），

即：當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能催化劑活性下降（或NH3與O2反應(yīng)生成了NO）。