Question

【题目】一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2，为弄清该方法对催化剂的影响，查得资料如下：

则：(1)① 不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是 ______________________________。

②SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)　ΔH＝________。

(2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，已知420 ℃时，该反应的化学平衡常数K＝9。如果反应开始时，在2 L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60 mol,5 min末达到平衡，则此时CO的转化率为________，H2的平均生成速率为________ mol·L－1·min－1。

(3)为减少雾霾、降低大气中有害气体含量， 研究机动车尾气中CO、NOx及CxHy的排放量意义重大。机动车尾气污染物的含量与空/燃比 (空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如图所示：

①随空/燃比增大，CO和CxHy的含量减少的原因是_____________________________。

②当空/燃比达到15后，NOx减少的原因可能是____________________________________________。

Answer 1

【答案】 Ni会与氧气反应 －270.0 kJ·mol－1 75% 0.045 空/燃比增大，燃油气燃烧更充分，故CO、CxHy含量减少 因为反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，使该反应不易进行，故NOx减少

【解析】（1）①由于Ni能与氧气反应也会导致其中毒，所以不用通入O2氧化的方法除去CO；②由图Ⅰ可知，(ⅰ)O2(g)＋2CO(g)===2CO2(g)　ΔH＝(－2×283)kJ·mol－1＝－566 kJ·mol－1，由图Ⅱ可知，(ⅱ)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－296 kJ·mol－1，根据哥斯达黎加(ⅰ)－(ⅱ)得：SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)　ΔH＝[－566－(－296)] kJ·mol－1＝－270 kJ·mol－1；（2）设参加反应的CO的浓度为x，则

CO(g) ＋ H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始浓度(mol·L－1) 0.30 0.30 0 0

转化浓度(mol·L－1) x x x x

平衡浓度(mol·L－1) 0.30－x 0.30－x x x

K＝9.0＝，解得x＝0.225，所以CO的转化率α(CO)＝0.225/0.3×100%＝75%，氢气的生成速率v(H2)＝0.225mol/L÷5min＝0.045 mol·L－1·min－1；（3）①由于空/燃比增大，燃油气燃烧更充分，所以CO、CxHy含量减少；②反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，使该反应不易进行，所以NOx减少。