Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳?xì)浠�合物大氣污染物和水污染物的處理�?duì)建設(shè)美麗中國(guó)具有重要意義。

(1)已知：汽車尾氣中的CO、NOx、碳氮化合物是大氣污染物。使用稀土等催化劑能將CO、NO轉(zhuǎn)化成無(wú)毒物質(zhì)。

已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol K1(該反應(yīng)的平衡常數(shù))

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221kJ/mol K2(同上)

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol K3(同上)

寫出NO(g)與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式_________，以及該熱化學(xué)方程式的平衡常數(shù)K=________(用K1、K2、K3表示)

(2)污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應(yīng)為:2NO2+4CO4CO2+N2 △H=-1200kJ/mol。

①某溫度下，在2L密閉容器中充入0.lmolNO2和02m1CO，此時(shí)容器的壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓，5秒時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的29/30，則反應(yīng)開始到平衡時(shí)NO2的平均反應(yīng)速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若容器中觀察到____________________________，可判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

③能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的是_______。

A.及時(shí)分離出CO2 B.適當(dāng)升高溫度

C.減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大 D.選擇高效催化劑

(3)電化學(xué)降解NO2-的原理如圖:

陰極反應(yīng)式為_____________________________________。

(4)在高效催化劑作用下可用NH3還原NO2進(jìn)行污染物處理。

①相同條件下，選用A、B、C三種催化劑進(jìn)行反應(yīng)，生成氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量與時(shí)間變化如圖。活化能最小的是________[用E(A)、E(B)、E(C)表示三種催化劑下該反應(yīng)的活化能]。

②在催化劑A作用下測(cè)得相同時(shí)間處理NO2的量與溫度關(guān)系如圖。試說(shuō)明圖中曲線先增大后減小的原因____________________________________________________(假設(shè)該溫度范圍內(nèi)催化劑的催化效率相同)。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1 K= 0.002 體系內(nèi)顏色不再發(fā)生變化 B 2NO2- +6e-+8H+=N2+4H2O E(A) 低于300℃，反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速度加快；高于300℃，反應(yīng)已平衡，隨溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行

【解析】

（1）NO(g) 與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的反應(yīng)可以由③×2-①-②得到，△H=△H3×2-△H1-△H2=-393.5-180.5-（-221）=-746.5因此熱化學(xué)方程式為：2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g) △H= —746.5kJ·mol-1；此反應(yīng)的K值也做相應(yīng)的變換K=；

（2）①設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度改變x，則：

2NO2 + 4CO 4CO2 + N2

起始(mol）： 0.1 0.2 0 0

改變(mol）： x 2x 2x 1/2x

平衡(mol）： 0.1-x 0.2-2x 2x 1/2x

故=，解得x=0.02，v(NO2)= =0.002mol/(L·s)；

②若容器中觀察到體系內(nèi)顏色不再發(fā)生變化，可判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

③A.及時(shí)分離出CO2 可使平衡向正向移動(dòng)，反應(yīng)速率不會(huì)增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.適當(dāng)升高溫度，可增大反應(yīng)速率，此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升溫逆向移動(dòng)，選項(xiàng)B正確；

C.減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.選擇高效催化劑，只改變反應(yīng)速率，對(duì)平衡沒(méi)有影響，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；

答案選B；

（3）①活化能越小反應(yīng)速率越快，所以活化能最小的是E(A)；

②低于300℃，反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速度加快；高于300℃，反應(yīng)已平衡，隨溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以相同時(shí)間處理NO2的量與溫度關(guān)系圖中曲線先增大后減小。