Question

【題目】研究NOx、COx的消除和再利用對改善生態(tài)環(huán)境、構(gòu)建生態(tài)文明具有重要的意義。

Ⅰ.反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)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(tài)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(zhuǎn)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(yīng)，相同時間內(nèi)脫氮率(即NO的轉(zhuǎn)化率)隨溫度的變化關(guān)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(yīng)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(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化情況如圖2所示。

(4)反應(yīng)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(zhuǎn)化率為__(計算結(jié)果精確到0.1%)；用平衡分壓代替平衡濃度計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__(用含p1的最簡表達式表達，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。

(6)不同溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值(lgK)如圖3所示，則B、C、D、E四點中能正確表示該反應(yīng)的lgK與溫度(T)的關(guān)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(yīng)為放熱反應(yīng)，a點對應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)高于40% 小于 54.5% B、E

【解析】

Ⅰ(1)根據(jù)蓋斯定律計算解答；

(2) 結(jié)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(yīng)為2NON2+O2，反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

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

Ⅱ(4)根據(jù)結(jié)合圖示，比較N、M點的溫度，根據(jù)溫度對化學平衡狀態(tài)的影響分析判斷；

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

(6)由圖乙可知升高溫度，轉(zhuǎn)化率減小，則平衡逆向移動，平衡常數(shù)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(tài)中，NO被吸附到催化劑表面，B狀態(tài)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(tài)為N原子和N原子結(jié)合變成N2，O原子和O原子結(jié)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(yīng)過程來看，反應(yīng)是2NON2+O2，由題中信息可知，此反應(yīng)的逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)焓變△H＜0，可見生成物狀態(tài)時，體系能量最低，能量狀態(tài)最低的是C；

(3)圖象分析可知a點不是對應(yīng)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(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)線II可知，a點對應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)高于40%；

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

(5)M點時，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則列“三段式”：

則氫氣的轉(zhuǎn)化率為×100%=54.5%，Kp==；

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