题目内容
【题目】汽车尾气中CO、氮氧化物(NOx)严重影响人们的生活和健康,化学工作者对氮氧化物的处理做了广泛而深人的研究。
I.利用甲烷还原NOx
①CH4(g)+4N02(g)=4NO(g)+C02(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol;
②CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H2O(g) △H2=-1160kJ/mol。
(1)甲烷直接将N02 还原为N2的热化学方程式为_________。
(2)在恒容(2L)密闭容器中充入lmolCH4和2molNO2进行(1)中反应,CH4的平衡转化率
(CH4)与温度和压强的关系如图甲所示。
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①若容器中的压强为p2, y点:v正_____v逆(填“大于”“等于”或“小于”)。
②图中压强由大到小为______,理由是____________________。
③ x 点对应温度下反应的平衡常数K=________。
II.某研究小组以Ag—ZSM—5为催化剂模拟汽车尾气的处理,实现NO和CO反应转化为无毒气体,同时利用反应放出的热量预热NO和CO。实验测得NO的转化率随温度的变化如图乙所示。
(1)低于773K时,NO的转化率______(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡转化率,判断理由是_______,高于773K,NO的转化率降低的可能原因是______(填序号)。
A.平衡常数变大 B.催化剂的活性降低 C.反应活化能增大
(2)为提高汽车尾气中NO的转化率,除了改变温度、压强外,还可以采取的措施有____________。
【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ/mol 大于 p2>p 1 化学反应为气体体积增大的反应,反应温度相同时,增大压强,平衡逆向移动,CH4的转化率减小,故p 2>p 1 0.25mol/L 不是 该反应为放热反应,NO的平衡转化率随温度的升高而减小 B 催化转化之前除去汽车尾气中的水蒸气
【解析】I.(1)已知:①CH4(g)+4N02(g)=4NO(g)+C02(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol;
②CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H2O(g) △H2=-1160kJ/mol。
根据盖斯定律可知①+②即得到甲烷直接将NO2 还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ/mol。
(2)①y点在曲线下方,要达到平衡状态,甲烷的转化率增大,则y点:v正大于v逆。②化学反应为气体体积增大的反应,反应温度相同时,增大压强,平衡逆向移动,CH4的转化率减小,故p 2>p 1。③x点甲烷转化率是0.5,则
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol/L) 0.5 1 0 0 0
转化浓度(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
平衡浓度(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5
因此该温度下反应的平衡常数K=
。
II.(1)由于该反应为放热反应,NO的平衡转化率随温度的升高而减小,因此低于773K时,NO的转化不是对应温度下的平衡转化率;正反应放热,升高温度平衡常数进行,因此高于773K,NO的转化率降低的可能原因是催化剂的活性降低,答案选B;(2)根据图像可知存在水蒸气时转化率降低,因此为提高汽车尾气中NO的转化率,除了改变温度、压强外,还可以采取的措施有催化转化之前除去汽车尾气中的水蒸气。