Question

【題目】CO 還原脫硝技術可有效降低煙氣中的NOx的排放量。回答下列問題：

I．CO 還原NO 的脫硝反應：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g) △H

（1）已知：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g) △H1=－226 kJ·mol-1

N2(g)＋2O2(g) 2NO2(g) △H2=＋68 kJ·mol-1

N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H3=＋183 kJ·mol-1

脫硝反應△H=____________ ，該反應向正反應方向自發進行的傾向很大，其原因是_____________，有利于提高NO 平衡轉化率的條件是____________________（寫出兩條）。

（2）以Mn3O4 為脫硝反應的催化劑，研究者提出如下反應歷程，將歷程補充完整。

第一步：____________________；

第二步：3MnO2＋2CO＝Mn3O4＋2CO2

（3）在恒溫恒容的密閉容器中，充入等物質的量的CO 和NO 混合氣體，加入Mn3O4 發生脫硝反應，t0 時達到平衡，測得反應過程中CO2 的體積分數與時間的關系如右圖所示。

①比較大小：a處v 正________b 處v 逆（填“＞”、“＜”或“=”）

②NO 的平衡轉化率為_______。

II．T ℃時，在剛性反應器中發生如下反應：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)，化學反應速率v =kPm(CO)Pn( NO2)，k 為化學反應速率常數。研究表明，該溫度下反應物的分壓與化學反應速率的關系如下表所示：

（4）若反應初始時P(CO)=P(NO2)=a kPa，反應t min時達到平衡，測得體系中P(NO)=b kPa，則此時v =___________ kPa·s-1（用含有a和b的代數式表示，下同），該反應的化學平衡常數Kp=_____（Kp是以分壓表示的平衡常數）。

Answer 1

【答案】－750 kJ·mol-1 該反應為放熱量大的反應 降溫、升壓、增大CO和NO的投料比等 Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2 ＞ 80 % 9×10-5(a－b)2

【解析】

（1）根據蓋斯定律計算；

（2）第一步和第二步的反應相加即可得到2CO＋2NO2CO2＋N2，故第一步反應為Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2。

（3）①t0 時達到平衡，b 處v 逆=v 正，這個反應是從正反應方向建立平衡的，故a處v 正 >b 處v 逆。

② 根據平衡三段式法計算；

（4）根據平衡三段式法結合題中信息計算。

（1）根據蓋斯定律①×2-[③×2-②]可得2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g) △H=－750 kJ·mol-1，由熱化學方程式可知，該反應為放熱量很大的反應，所以該反應向正反應方向自發進行的傾向很大，該反應的正反應為氣體體積減小的放熱反應，故降溫和升壓都可以使平衡右移，有利于提高NO 的平衡轉化率，故答案為：－750 kJ·mol-1；該反應為放熱量大的反應；降溫、升壓。

（2）第一步和第二步的反應相加即可得到2CO＋2NO2CO2＋N2，故第一步反應為Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2，故答案為：Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2。

（3）①t0 時達到平衡，b 處v 逆=v 正，這個反應是從正反應方向建立平衡的，故a處v 正 >b 處v 逆，故答案為：>。

② 2CO＋ 2NO 2CO2＋ N2

起始（mol） 1 1 0 0

轉化（mol） X X X 0.5X

平衡（mol） (1-X) (1-X) X 0.5X

X/ (1-X)+ (1-X)+ X +0.5X=0.5，X=0.8mol，所以NO 的平衡轉化率為80 %，故答案為：80 %。

（4） CO(g)＋NO2(g) CO2(g) ＋ NO(g)

起始（kPa） a a 0 0

轉化（kPa） X X X X

平衡（kPa）（a- b） （a- b） X=b X=b

Kp=，根據表格中數據，帶入此式，v =k Pm(CO)Pn( NO2)，可求出k= v / Pm(CO)Pn( NO2) =0.009/(10×10)=9×10-5，所以t min時v =9×10-5(a－b)2，故答案為：9×10-5(a－b)2；。