Question

【题目】治理汽车尾气和燃煤尾气是环境保护的重要课题.请回答下列问题：

(1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器,可发生反应：2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g).在恒容密闭容器中通入等量的CO和NO,发生上述反应时,c(CO)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图所示.

①据此判断该反应的正反应为____(填“放热”或“吸热”)反应.

②温度T1时,该反应的平衡常数K=_____;反应速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,计算a处v(正):v(逆)=________.

(2)下图流程是一种新型的除去尾气中氮氧化物的技术,一般采用氨气或尿素作还原剂

该技术中用尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2的主要反应为:4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O ,则用NH3作还原剂还原尾气中NO（NH3、NO的物质的量之比为1:1）的化学方程式为:______.

(3)哈伯法合成氨的流程图如图,下列五个流程中为提高原料利用率而采取的措施________（填序号）

(4)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+.下列叙述正确的是______________（填选项）

A.Pd电极b为阴极 B.阴极的反应式为N2+6H++6e-=2NH3

C.H+由阳极向阴极迁移 D.陶瓷可以隔离N2和H2

(5)也可用CH4催化还原NOx法消除烟气中氮氧化物的污染.已知：

①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

则CH4催化还原NO的热化学方程式为__________________________________.

Answer 1

【答案】放热 80 160：1 4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O ②④⑤ BCD CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol

【解析】

(1)①从图中可以看出，T1时反应先达平衡，则T1>T2，T1时c(CO)大，说明升高温度，平衡逆向移动。

② 依题意，可得如下三段式：

温度T1时，该反应的平衡常数K=，反应速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，平衡时，k正c2(NO)c2(CO)=k逆c2(CO2)c(N2)，即k正×0.42×0.42=k逆×0.8×1.62，k正=80 k逆。

计算a处v(正):v(逆)= k正c2(NO)c2(CO:k逆c2(CO2)c(N2)= 80 k逆×1.02×1.02: k逆×0.5×1.02=160:1

(2)用NH3作还原剂还原尾气中NO（NH3、NO的物质的量之比为1:1），NO得2e-，NH3失去3e-，得失电子总数不等，则另有得电子的物质，只能为空气中的O2，由此可得出反应的化学方程式。

(3)五个流程中为提高原料利用率而采取的措施：加压，有利于平衡正向移动，提高反应物的转化率；加催化剂只能加快反应速率，但不能使平衡发生移动；液化分离NH3，虽然不能加快反应速率，但能使平衡正向移动；N2和H2循环使用，也可提高反应物的转化率。

(4)从图中可以看出，H2失电子，Pd电极b为阳极，则Pd电极a为阴极。

A.Pd电极b为阳极，A错误；

B.阴极N2得电子，生成NH3，电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3，B正确；

C.阳极生成H+，通过质子传输陶瓷向阴极迁移，C正确；

D.陶瓷只允许H+通过，可以隔离N2和H2，D正确。

(5) ①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

则①+②-③×2可得CH4催化还原NO的热化学方程式。

(1)①从图中可以看出，T1时反应先达平衡，则T1>T2，T1时c(CO)大，说明升高温度，平衡逆向移动，从而得出正反应为放热反应。答案为：放热；

② 依题意，可得如下三段式：

温度T1时，该反应的平衡常数K==80，反应速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，平衡时，k正c2(NO)c2(CO)=k逆c2(CO2)c(N2)，即k正×0.42×0.42=k逆×0.8×1.62，k正=80 k逆。

计算a处v(正)v(逆)= k正c2(NO)c2(CO:k逆c2(CO2)c(N2)= 80 k逆×1.02×1.02: k逆×0.5×1.02=160:1。答案为：80；160:1；

(2)用NH3作还原剂还原尾气中NO（NH3、NO的物质的量之比为1:1），NO得2e-，NH3失去3e-，得失电子总数不等，则另有得电子的物质，只能为空气中的O2，由此可得出反应的化学方程式4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O。答案为：4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O；

(3)五个流程中为提高原料利用率而采取的措施：加压，有利于平衡正向移动，提高反应物的转化率；加催化剂只能加快反应速率，但不能使平衡发生移动；液化分离NH3，虽然不能加快反应速率，但能使平衡正向移动；N2和H2循环使用，也可提高反应物的转化率。答案为：②④⑤；

(4)从图中可以看出，H2失电子，Pd电极b为阳极，则Pd电极a为阴极。

A.Pd电极b为阳极，A错误；

B.阴极N2得电子，生成NH3，电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3，B正确；

C.阳极生成H+，通过质子传输陶瓷向阴极迁移，C正确；

D.陶瓷只允许H+通过，可以隔离N2和H2，D正确。答案为：BCD；

(5) ①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

则①+②-③×2可得CH4催化还原NO的热化学方程式为CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol。答案为：CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol。