Question

【题目】李克强总理在《2018年国务院政府工作报告》中强调“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。”因此，研究烟气的脱硝(除NOx)、脱硫(除SO2)技术有着积极的环保意义。

（1）汽车的排气管上安装“催化转化器”，其反应的热化学方程式为：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50kJ·mol-1。T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，若温度和体积不变，反应过程中(0~15min) NO的物质的量随时间变化如图。

①图中a、b分别表示在相同温度下，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n (NO)的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是___________。（填“a”或“b”）

②T℃时，该反应的化学平衡常数K=_______________；平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol，则平衡将_________移动。(填“向左”、“向右”或“不”)

③15min时，若改变外界反应条件，导致n (NO)发生图中所示变化，则改变的条件可能是_______________________________________________ (任答一条即可)。

（2）在催化剂作用下，用还原剂[如肼(N2H4)]选择性地与NOx反应生成N2和H2O。

已知200℃时：Ⅰ.3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJ·mol-1；

II. N2H4(g)+H2(g) =2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ·mol-1。

①写出肼的电子式：____________________。

②200℃时，肼分解成氮气和氢气的热化学方程式为：_____________________________。

③目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝原理，其脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如下图所示。

为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是_________________________________________。

（3）利用电解装置也可进行烟气处理，如图可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4+和SO42-，阳极的电极反应式为____________________________；物质A是______________ (填化学式)。

Answer 1

【答案】 b 5 L/mol 不 增加CO的物质的量浓度或减少生成物浓度或降温等 N2H4(g)=N2(g)+2H2(g) ΔH=+50.7 kJ·mol-1 350℃左右、负载率3% SO2+ 2H2O-2e-=SO42-+4H+ H2SO4

【解析】分析：(1)我们知道物质的表面积对反应速度有影响，同样催化剂的表面积也影响催化效率；利用图象中NO的数据，结合化学方程式即可算出平衡常数K；当温度不变时，K值也不变，利用浓度商与K做比较，即可判断平衡的移动方向；根据外界条件对化学平衡的影响可分析出n(NO)减小的原因；(2)利用盖斯定律可得肼分解的热化学方程式；由图象信息即可分析出最佳脱硝效果的条件。(3)根据题目所给物质的转化关系，结合电解原理解答。

详解：(1) ①由图象可知，曲线a变化慢，即反应速率慢，曲线b变化快，即反应速率快，催化剂的表面积越大，催化效率越高，反应速率越快，所以表示催化剂表面积较大的曲线是b；②已知n起(NO)= n起(CO)=0.4mol, n平(NO)=0.2mol，则平衡时c平(NO)=c平(CO)=0.1mol/L，c平(CO2)=0.1mol/L，c平(N2)=0.05mol/L，故K== =5 L/mol；若保持温度不变，则K值不变，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol时，其Qc= =K，所以平衡不移动；③15min时，反应物NO的物质的量迅速减小，但不是突然变小，可能的原因是增大了CO的浓度或减小了生成物的浓度，使平衡正向移动，由于反应是放热反应，也可能是降低温度使平衡正向移动。

(2) ①肼的电子式为；②根据盖斯定律，反应Ⅰ-2×反应Ⅱ即得N2H4(g)=N2(g)+ 2H2(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2=+50.7 kJ·mol-1；③分析图象信息可知，负载率过高或过低，脱硝率都不是最高的，而温度过低或过高，脱硝率也不是最高的，只有在350℃左右，负载率为3.0%时脱硝率最高。

(3)根据题目叙述，结合装置可知阳极反应物为SO2，生成物为SO42-，所以阳极反应式为SO2+ 2H2O-2e- =SO42-+4H+，而阴极反应为NO+H++5e- =NH4++H2O，所以总反应式为2NO+5SO2+8H2O==(NH4)2SO4+4H2SO4，由此反应方程式可知，装置中的物质A是H2SO4。