题目内容
【题目】研究NOx、COx的消除和再利用对改善生态环境、构建生态文明具有重要的意义。
Ⅰ.反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ·mol-1,汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H2。
(1)已知CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1,则△H2=___。
(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用
和
分别表示O2、NO、N2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸过程中的能量状态最低的是__(填字母序号)。
![]()
(3)另一研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内脱氮率(即NO的转化率)随温度的变化关系如图1所示。图中低于200℃,脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是___;a点(填“是”或“不是”)__对应温度下的平衡脱氮率,理由是__。
![]()
Ⅱ.向容积可变的密闭容器中充入1molCO和2.2molH2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0,平衡时CO的转化率随温度、压强的变化情况如图2所示。
![]()
(4)反应速率:N点v正(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)__M点v逆(CO)。
(5)M点时,H2的转化率为__(计算结果精确到0.1%);用平衡分压代替平衡浓度计算该反应的平衡常数Kp=__(用含p1的最简表达式表达,分压=总压×物质的量分数)。
(6)不同温度下,该反应的平衡常数的对数值(lgK)如图3所示,则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lgK与温度(T)的关系的是___(填字母符号)。
![]()
【答案】746.5 C 温度较低时,催化剂的活性偏低 不是 因为该反应为放热反应,a点对应温度的平衡脱氮率应高于40% 小于 54.5%
B、E
【解析】
Ⅰ(1)根据盖斯定律计算解答;
(2) 结合固体催化剂的机理图解答,N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+181.5kJmol1,整个反应为2NO
N2+O2,反应为放热反应;
(3)催化剂在低温下活性不大,反应随温度变化速率变化不大,图象分析可知a点不是对应温度下的平衡脱氮率;
Ⅱ(4)根据结合图示,比较N、M点的温度,根据温度对化学平衡状态的影响分析判断;
(5)M点时,CO的转化率为60%,以此计算平衡时各物质的浓度,可计算氢气的转化率以及平衡常数;
(6)由图乙可知升高温度,转化率减小,则平衡逆向移动,平衡常数减小。
Ⅰ(1)已知:CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1,热化学方程式:①CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ/mol,
②N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ/mol,
盖斯定律计算①×2②得到2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H2=746.5kJ/mol;
(2)从机理图可以看出,首先A状态中,NO被吸附到催化剂表面,B状态为NO变成N原子和O原子,这个过程为断键需要吸收能量,C状态为N原子和N原子结合变成N2,O原子和O原子结合变成O2,这个过程为成键过程,需要放出能量,则从整个反应过程来看,反应是2NO
N2+O2,由题中信息可知,此反应的逆反应是吸热反应,则此反应是放热反应,反应焓变△H<0,可见生成物状态时,体系能量最低,能量状态最低的是C;
(3)图象分析可知a点不是对应温度下的平衡脱氮率;温度较低时,催化剂的活性偏低;不是平衡脱氮率,因为该反应为放热反应,根据线II可知,a点对应温度的平衡脱氮率应高于40%;
Ⅱ(4)升高温度和增大压强均可加快反应速率,根据图示,M点的温度和压强均高于N点,在平衡状态下,正反应速率等于逆反应速率,则反应速率:N点v正(CO)小于M点v逆(CO);
(5)M点时,CO的转化率为60%,则列“三段式”:
![]()
则氢气的转化率为
×100%=54.5%,Kp=
=
;
(6)由图2可知,升高温度,CO的转化率减小,则该平衡逆向移动,平衡常数减小,则B、E符合。