Question

【题目】CO 还原脱硝技术可有效降低烟气中的NOx的排放量。回答下列问题：

I．CO 还原NO 的脱硝反应：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g) △H

（1）汽车在行驶过程中会产生有害气体CO、NO，它们之间能发生上述反应:

① 该反应平衡常数K表达式为_________；

② 该反应的K极大（570 K时为1×1059），但汽车上仍需装备尾气处理装置，其可能原因是_______；

（2）以Mn3O4 为脱硝反应的催化剂，研究者提出如下反应历程，将历程补充完整。

第一步：_________；

第二步：3MnO2＋2CO＝Mn3O4＋2CO2

（3）在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的CO 和NO 混合气体，加入Mn3O4 发生脱硝反应，t0 时达到平衡，测得反应过程中CO2 的体积分数与时间的关系如右图所示。

① 比较大小：a处v正______b处v逆（填“＞”、“＜”或“=”）

② NO 的平衡转化率为_______。

II．T℃时，在刚性反应器中发生如下反应：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)，化学反应速率v =kPm(CO)Pn( NO2)，k 为化学反应速率常数。研究表明，该温度下反应物的分压与化学反应速率的关系如下表所示：

（4）若反应初始时P(CO)=P(NO2)=a kPa，反应t min时达到平衡，测得体系中P(NO)=b kPa，则此时v=_________kPa·s-1（用含有a和b的代数式表示，下同），该反应的化学平衡常数Kp=_________（Kp是以分压表示的平衡常数）。

Answer 1

【答案】K= 化学反应速率慢 Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2 ＞ 80 % 9×10-5(a－b)2

【解析】

(1)①平衡常数K等于生成物浓度幂积与反应物浓度幂积之比；②反应的平衡常数极大(570K时为1×1059)，但反应速率可能极慢；

(2)根据①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2分析解答；

(3)①a点反应正向进行，b点反应达到平衡状态；②结合三段式列式计算；

(4)根据表格数据分析判断化学反应速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，m=1，n=1，据此计算化学反应速率常数k，再利用三段式列式计算。

I．(1)①平衡常数K等于生成物浓度幂的积与反应物浓度幂的积之比，所以反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的平衡常数K=，故答案为：K=；

②反应的平衡常数极大，但反应速率极慢，装备尾气处理装置可提高反应速率，有利于尾气的转化速率，故答案为：化学反应速率慢；

(2)①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2，以Mn3O4为脱硝反应的催化剂，则①-②得到反应的第一步：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2，故答案为：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2；

(3)①a点反应正向进行，v正＞v逆，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，b点反应达到平衡状态v正=v逆，因此a处v正＞b处v逆，故答案为：＞；

②在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的CO和NO混合气体，设物质的量为1mol，根据图像，平衡时，二氧化碳体积分数50%，设生成氮气为x，

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，

起始(mol)1 1 0 0

变化(mol) 2x 2x 2x x

平衡(mol) 1-2x1-2x 2x x

则=50%，解得：x=0.4mol，NO的平衡转化率=×100%=80%，故答案为：80%；

(4)化学反应速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，k 为化学反应速率常数，结合图表数据得到：m=1，n=1，化学反应速率常数k=，

CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)

起始量/span> a a 0 0

变化量 b b b b

平衡量 a-b a-b b b

此时v=k P(CO)P( NO2)=×(a-b)(a-b)=9×10-5(a-b)2；反应前后气体物质的量不变，气体压强不变，可以利用气体压强代替气体分压计算平衡常数，则K=，故答案为：9×10-5(a-b)2；。