Question

【題目】研究碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等大氣污染物的處理，對緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。

（1）已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1160.0kJ·mol-1

則2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，ΔH=___ kJ·mol-1。

（2）氮氧化物和硫氧化物在一定條件下會發(fā)生反應(yīng)，NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)換降低能耗。某化學(xué)小組對該反應(yīng)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究：在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變原料氣配比進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)（各次實(shí)驗(yàn)的溫度可能相同，也可能不同），測得NO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示：

①如果要將圖中B點(diǎn)改變?yōu)?/span>A點(diǎn)，應(yīng)采取的措施是___；

②若B點(diǎn)對應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，SO2(g)的起始濃度為c0mol·L-1，經(jīng)過tmin達(dá)到平衡狀態(tài)，該時(shí)段反應(yīng)速率υ（NO2）=____mol·L-1·min-1，化學(xué)平衡常數(shù)K=___；

③圖中B、C兩點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TB和TC，通過計(jì)算判斷TB__TC（填>、=、或<）。

（3）SCR（選擇性催化還原）脫硝法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法。主要反應(yīng)原理為：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0。其他條件相同在甲、乙兩種催化劑作用下，經(jīng)過相同時(shí)間，NO轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。

①工業(yè)上選擇催化劑____（填“甲”或“乙”）原因是____。

②在催化劑甲的作用下，圖中M點(diǎn)處（對應(yīng)溫度為210℃）NO的轉(zhuǎn)化率___（填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率。高于210℃時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是___。

Answer 1

【答案】-744.9 降低溫度 1 < 乙 乙的催化活性高（或乙的催化效率高） 一定不是 催化劑活性降低（或副反應(yīng)增多）

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算ΔH；

（2）①如果要將圖中B點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>A點(diǎn)的平衡狀態(tài)，平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向進(jìn)行；

②根據(jù)反應(yīng)速率、計(jì)算即可；

③圖中B、C兩點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TB和TC，B點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率為50%，C點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率30%，計(jì)算B、C點(diǎn)對應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)判斷反應(yīng)溫度高低；

（3）①根據(jù)圖象，催化劑在低溫下對NO轉(zhuǎn)化率的影響分析；

②使用不同催化劑、溫度相同時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率應(yīng)相等；甲催化劑隨溫度升高NO轉(zhuǎn)化率先增大后減小，高于210℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率降低是催化劑活性降低；

（1）①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1；

②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ·mol-1；

③CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1160.0kJ·mol-1；

根據(jù)蓋斯定律，將×（③-②+①×2）得：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-744.9 kJ·mol-1；故答案為：-744.9；

（2）①如果要將圖中B點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>A點(diǎn)的平衡狀態(tài)，平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動，轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：降低溫度；

②B點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率為50%，n（NO2）：n（SO2）=1， SO2(g)的起始濃度為c0molL-1，c（NO2）=c0 molL-1，根據(jù)三段式：

NO2 (g) + SO2 (g) SO3 (g) + NO (g)

起始量（mol/L） c0 c0 00

變化量（mol/L） 0.5c0 0.5c0 0.5c0 0.5c0

平衡量（mol/L） 0.5c0 0.5c0 0.5c0 0.5c0

；，故答案為：；；

③NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，圖中B、C兩點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TB和TC，B點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率為50%，n（NO2）：n（SO2）=1， SO2(g)的起始濃度為c0molL-1，c（NO2）=c0 molL-1，根據(jù)三段式：

NO2 (g) + SO2 (g) SO3 (g) + NO (g)

起始量（mol/L） c0 c0 00

變化量（mol/L） 0.5c0 0.5c0 0.5c0 0.5c0

平衡量（mol/L） 0.5c0 0.5c0 0.5c0 0.5c0

B點(diǎn)平衡常數(shù)K（B）=1，

C點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率30%，n（NO2）：n（SO2）=1.5，SO2(g)的起始濃度為c0molL-1，c（NO2）=1.5c0mol/L，根據(jù)三段式：

NO2 (g) + SO2 (g) SO3 (g) + NO (g)

起始量（mol/L）1.5c0 c0 00

變化量（mol/L）0.45c0 0.45c0 0.45c0 0.45c0

平衡量（mol/L）1.05c0 0.55c0 0.45c0 0.45c0

平衡常數(shù)K（C）=0.35；

平衡常數(shù)：B點(diǎn)大于C點(diǎn)，說明反應(yīng)溫度TB<TC，故答案為：<；

（3）①結(jié)合圖象中曲線變化可知，低溫下使用催化劑乙在相同時(shí)間內(nèi)NO的轉(zhuǎn)化率大，使用催化劑乙反應(yīng)速率快，工業(yè)上選擇催化劑乙，

故答案為：乙；乙的催化活性高（或乙的催化效率高）；

②M點(diǎn)NO的轉(zhuǎn)化率小于相同溫度下使用催化劑乙時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率，則圖中M點(diǎn)(對應(yīng)溫度為210℃)NO的轉(zhuǎn)化率一定不是該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率；使用甲催化劑隨溫度升高NO轉(zhuǎn)化率先增大后減小，高于210℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率降低是催化劑活性降低或副反應(yīng)增多，故答案為：一定不是；催化劑活性降低（副反應(yīng)增多）；