题目内容

【题目】氮的氧化物(NOx)是大气主要污染物,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

1N2O又称笑气,有轻微的麻醉作用,N2O在一定条件下可分解为N2O2。回答下列问题:

已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=+180.5kJmol-1

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H2=-114.14kJmol-1

3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) H3=-115.52kJmol-1

则反应2N2O(g)=2N2(g)+O2(g) H=_______ kJmol-1

2)汽车尾气中的NOCO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10molCO8molNO发生反应,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如下图

①已知T2>T1,则反应2NO(g)+2CO(g)2N2(g)+2CO2(g)H___0(填“>”“=”或“<”)

②该反应达到平衡后,为同时提高反应速率和NO的转化率,可采取的措施有____(填字母序号)

a.改用高效催化剂 b.缩小容器的体积 c.增加CO的浓度 d.升高温度

③压强为10MPa、温度为T1下,若反应进行到20min达到平衡状态,此时容器的体积为4L,则用N2的浓度变化表示的平均反应速率vN2)=____,该温度下用分压表示的平衡常数Kp= ___MPa-1(分压=总压×物质的量分数)

④在D点,对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中____点。

3)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3NOx反应生成N2,将一定比例的O2NH3NOx的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应,反应相同时间,NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

①在50~150℃范围内随温度升高,NOx的去除率迅速上升的原因____

②当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___

【答案】-244.1 bc 0.025 mol·L-1·min-1 4/45(或0.089) A 催化剂活性随温度升高而增大,使NOx去除反应速率迅速增大;温度升高,反应速率加快 催化剂活性下降(或NH3O2反应生成了NO

【解析】

1)根据盖斯定律计算△H

2)①可逆反应升高温度平衡向吸热反应方向移动;

②为提高反应速率同时提高NO的转化率,需要改变条件平衡正向进行;

③在密闭容器中充入10molCO8molNO,发生反应,压强为10MPa、温度为T1下,若反应进行到20min达到平衡状态,NO体积分数为25%,结合三行计算列式计算,vN2=c/t,该温度下平衡常数Kp=生成物平衡分压幂次方乘积/反应物平衡分压幂次方乘积;

④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小,则平衡会正向移动,NO的体积分数增大;

3)①在一定温度范围内催化剂活性较大,超过其温度范围,催化剂活性降低;

②在温度、催化剂条件下,氨气能被催化氧化生成NO

1)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=+180.5kJmol-1

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H2=-114.14kJmol-1

3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) H3=-115.52kJmol-1

由盖斯定律可知,②-2-22N2Og=2N2g+O2g),则△H=-114.14 kJmol-1 -+180.5kJ·mol-12--115.52kJmol-12=-244.1kJ·mol1,则反应2N2O (g)=2N2(g)+O2(g) H=-244.1kJmol-1

2)①已知T2T1,由图示可知反应2NOg+2COg2N2g+2CO2g),升高温度后,平衡后NO的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,逆反应方向为吸热反应,则△H0

2COg+2NOgN2g+2CO2g)△H<0

a.改用高效催化剂加快反应速率,平衡不变,转化率不变,故a不能同时提高反应速率和NO的转化率;

b.缩小容器的体积,体系内压强增大,反应速率增大,平衡正向进行,NO的转化率增大,故b能同时提高反应速率和NO的转化率;

c.增加CO的浓度反应速率增大,平衡正向进行,NO的转化率增大,故c能同时提高反应速率和NO的转化率;

d.升高温度反应速率增大,反应为放热反应,升温平衡逆向进行,NO的转化率减小,故d不能同时提高反应速率和NO的转化率;故选bc

③在密闭容器中充入10molCO8molNO,发生反应,压强为10MPa、温度为T1下,若反应进行到20min达到平衡状态,NO体积分数为25%,结合三行计算列式计算,设反应生成氮气物质的量为x

2COg+2NOgN2g+2CO2g)△H=-749 kJ·mol1

起始量(mol 10 8 0 0

变化量(mol 2x 2x x 2x

平衡量(mol 10-2x 8-2x x 2x

8-2x/(10-2x8-2x+x+2x)×100%=25%x=2molvN2=c/t=2mol/(4L×20min)=0.025 mol·L-1·min-1

平衡气体总物质的量=16mol,该温度下平衡常数Kp= =0.089MPa-1

④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小,则平衡会逆向移动,NO的体积分数增大,重新达到的平衡状态可能是图中A点;

3)在一定温度范围内催化剂活性较大,超过其温度范围,催化剂活性降低,根据图知:

①催化剂活性随温度升高而增大,使NOx去除反应速率迅速增大;温度升高,反应速率加快.

②在一定温度范围内催化剂活性较大,超过其温度范围,催化剂活性下降;(或在温度、催化剂条件下,氨气能被催化氧化生成NO),

即:当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能催化剂活性下降(或NH3O2反应生成了NO)。

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