Question

【題目】研究NOx、COx的消除和再利用對改善生態環境、構建生態文明具有重要的意義。

Ⅰ.反應N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ·mol-1，汽車尾氣中的NO(g)和CO(g)在一定條件下可發生反應2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H2。

(1)已知CO的燃燒熱為283.0kJ·mol-1，則△H2=___。

(2)某科研小組嘗試利用固體表面催化工藝進行NO的分解。若用和分別表示O2、NO、N2和固體催化劑，在固體催化劑表面分解NO的過程如圖所示。從吸附到解吸過程中的能量狀態最低的是__(填字母序號)。

(3)另一研究小組探究催化劑對CO、NO轉化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應，相同時間內脫氮率(即NO的轉化率)隨溫度的變化關系如圖1所示。圖中低于200℃，脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因是___；a點(填“是”或“不是”)__對應溫度下的平衡脫氮率，理由是__。

Ⅱ.向容積可變的密閉容器中充入1molCO和2.2molH2，在恒溫恒壓條件下發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，平衡時CO的轉化率隨溫度、壓強的變化情況如圖2所示。

(4)反應速率：N點v正(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)__M點v逆(CO)。

(5)M點時，H2的轉化率為__(計算結果精確到0.1%)；用平衡分壓代替平衡濃度計算該反應的平衡常數Kp=__(用含p1的最簡表達式表達，分壓=總壓×物質的量分數)。

(6)不同溫度下，該反應的平衡常數的對數值(lgK)如圖3所示，則B、C、D、E四點中能正確表示該反應的lgK與溫度(T)的關系的是___(填字母符號)。

Answer 1

【答案】746.5 C 溫度較低時，催化劑的活性偏低 不是 因為該反應為放熱反應，a點對應溫度的平衡脫氮率應高于40% 小于 54.5% B、E

【解析】

Ⅰ(1)根據蓋斯定律計算解答；

(2) 結合固體催化劑的機理圖解答，N2(g)+O2(g)2NO(g)△H＝+181.5kJmol1，整個反應為2NON2+O2，反應為放熱反應；

(3)催化劑在低溫下活性不大，反應隨溫度變化速率變化不大，圖象分析可知a點不是對應溫度下的平衡脫氮率；

Ⅱ(4)根據結合圖示，比較N、M點的溫度，根據溫度對化學平衡狀態的影響分析判斷；

(5)M點時，CO的轉化率為60%，以此計算平衡時各物質的濃度，可計算氫氣的轉化率以及平衡常數；

(6)由圖乙可知升高溫度，轉化率減小，則平衡逆向移動，平衡常數減小。

Ⅰ(1)已知：CO的燃燒熱為283.0kJ·mol-1，熱化學方程式：①CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ/mol，

②N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ/mol，

蓋斯定律計算①×2②得到2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H2=746.5kJ/mol；

(2)從機理圖可以看出，首先A狀態中，NO被吸附到催化劑表面，B狀態為NO變成N原子和O原子，這個過程為斷鍵需要吸收能量，C狀態為N原子和N原子結合變成N2，O原子和O原子結合變成O2，這個過程為成鍵過程，需要放出能量，則從整個反應過程來看，反應是2NON2+O2，由題中信息可知，此反應的逆反應是吸熱反應，則此反應是放熱反應，反應焓變△H＜0，可見生成物狀態時，體系能量最低，能量狀態最低的是C；

(3)圖象分析可知a點不是對應溫度下的平衡脫氮率；溫度較低時，催化劑的活性偏低；不是平衡脫氮率，因為該反應為放熱反應，根據線II可知，a點對應溫度的平衡脫氮率應高于40%；

Ⅱ(4)升高溫度和增大壓強均可加快反應速率，根據圖示，M點的溫度和壓強均高于N點，在平衡狀態下，正反應速率等于逆反應速率，則反應速率：N點v正(CO)小于M點v逆(CO)；

(5)M點時，CO的轉化率為60%，則列“三段式”：

則氫氣的轉化率為×100%=54.5%，Kp==；

(6)由圖2可知，升高溫度，CO的轉化率減小，則該平衡逆向移動，平衡常數減小，則B、E符合。