题目内容

【题目】过量排放含氮物质会污染大气或水体,研究氮及其化合物的性质及转化,对降低含氮物质的污染有着重大的意义。

(1)合成氨反应。

已知,氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2 (g),活化能Ea=600kJmol-1,合成氨有关化学键的键能如下表:

化学键

H—H

N≡N

N—H

E/kJmol-1

436

946

391

则合成氨反应:N2(g)+H2(g)NH3(g)的活化能Ea=________。

(2)已知2NO+O2=2NO2反应历程分两步

方程式

活化能

焓变

总反应

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)

△H<0

第一步(快速平衡)

2NO(g)N2O2(g)

Ea1

△H1

第二步(慢反应)

N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)

Ea2

△H2

①平衡常数K可用气体分压来表示,即K的表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数(例如:),某一时刻第一步达到平衡,写出第一步反应的平衡常数________(用和各气体的物质的分数来表示)。

②用NO表示总反应的速率方程为;NO2表示的总反应速率方程为,与是速率常数,则________。

③下列关于反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的说法正确的是________。

A. B.增大压强,反应速率常数增大 C.温度升高,正逆反应速率都增大 D.总反应快慢由第二步决定

(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。

①用活化后的V2O5作催化剂,氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图1所示,请写出图1中所示的总反应方程式_______,该反应的含氮气体组分随温度变化如图2所示,当温度大于600K时,可能发生副反应的化学方程式_________。

②在有催化剂的作用下,经过相同时间,测得脱氮率随反应温度的变化情况如下图所示,其他条件相同时,请在图中补充在无催化剂作用下脱氮率随温度变化的曲线______________。

(4)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路,原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去,如下图示,两电极间是新型固体氧化物陶瓷,在一定条件下可自由传导O2-,电解池阴极反应为_________。

【答案】254kJmol-1 1 CD 或

【解析】

(1)△H=反应物总键能生成物总键能,可以算出反应热,焓变等于正逆反应的活化能之差,且物质的量与能量成正比;

(2)①K=;

②平衡时,根据反应速率与计量系数成正比,v(NO)=v(NO2),代入计算即可;

③A、总反应的活化能由决速步骤决定,即由慢反应决定;

B、平衡常数只与温度有关;

C、结合温度对已发生了的影响判断;

D、总反应快慢由活化能大的决定,活化能越大,反应速率越慢。

(3)①根据图示1可知NH3、NO、O2反应生成N2和H2O,据此书写方程式;根据图2,发生副反应产生NO,据此书写方程式;

②催化剂可加快反应速率,缩短反应时间,平衡不移动,相同时间内,没有催化剂时单位时间内脱氮率将下降,反应后半段与原图象重合;

(4)由题意可知NOx经电解形成N2,电极反应式需要结合电子转移、电荷守恒。

(1)△H=反应物总键能生成物总键能,△H=×(N≡N)+×(HH)3×(NH)=×946kJ/mol+×436kJ/mol3×391kJ/mol=46kJ/mol,△H=正反应活化能逆反应活化能,则46=Ea×600,Ea=254kJ/mol,故答案为:254kJ/mol;

(2)①根据平衡常数KP==,故答案为:;

②平衡时,根据反应速率与计量系数成正比,v(NO)=v(NO2),即k1c(NO)c(O2)=k2c(NO)c(O2),则k1=k2,=1,故答案为:1;

③A、总反应的活化能由决速步骤决定,即由慢反应决定,故A错误;

B、平衡常数只与温度有关,故B错误;

C、温度升高,正逆反应速率都增大,故C正确;

D、总反应快慢由慢反应决定,故D正确;

故答案为:CD;

(3)①根据图示1可知NH3、NO、O2反应生成N2和H2O,方程式为:4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O;根据图2,发生副反应产生NO,方程式为:4NH3+5O2=4NO+6H2O(或N2+O2=2NO),故答案为:4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O;4NH3+5O2=4NO+6H2O(或N2+O2=2NO);

②催化剂可加快反应速率,缩短反应时间,平衡不移动。相同时间内,没有催化剂时单位时间内脱氮率将下降,由此作图:,故答案为:;

(4)由题意可知NOx经电解形成N2,结合电子转移、电荷守恒,阴极反应为:,故答案为:。

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