Question

【題目】霧霾由多種污染物形成，包含顆粒物（PM2.5)、氮氧化物(NOx)、CO、SO2等。化學在解決霧霾污染問題中有著重要的作用。

(1)已知：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1=－566.0kJ·mol－1

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2=+64kJ·mol－1

反應2NO2(g)+4CO(g=N2(g)+4CO2(g)在__________(填“高溫”或“低溫”)條件下能自發進行。

(2)研究發現利用NH3可除去硝酸工業尾氣中的NO。NH3與NO的物質的量之比分別為1：2、1：1.5、3：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖1所示。

①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg·m－3，若從X點到Y點經過20s，則該時間段內NO的脫除速率為_________mg·m－3·s－1。

②曲線c對應的NH3與NO的物質的量之比是________，其理由是__________

(3)炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發現它可以活化氧分子，生成活化氧，活化氧可以快速氧化SO2。活化過程中的能量變化模擬計算結果如圖2所示。無水情況下，一個氧分子的活化能為__________，容易活化氧分子的條件是_________(填“有水”或“無水”)。

(4)若反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的正、逆反應速率分別可表示為v正=k正c2(NO)·c2(CO)；v逆=k逆c(N2)·c2(CO2)，k正、k逆分別為正、逆反應速率常數，c為物質的量濃度。一定溫度下，在體積為1L的恒容密閉容器中加入4molNO和4molCO發生上述反應，測得CO和CO2的物質的量濃度隨時間的變化如圖3所示。

①a點時，v逆：v正=_____________。

②測得平衡時體系壓強為p，KP為用氣體分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數，則平衡常數KP=____________(用含p的式子表示)。

(5)某研究小組探究該反應中催化劑對脫氮率(NO的轉化率)的影響。將等物質的量的NO和CO以一定的流速分別通過催化劑a、b，發生反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。相同時間、不同溫度下測得使用催化劑a時脫氮率與溫度的關系如圖4中曲線Ⅰ所示。已知催化效率b＞a，催化劑b的活性在450℃時最大(未達平衡)。請在圖4中畫出使用催化劑b時所對應的曲線(從300℃開始畫)。_______________

Answer 1

【答案】低溫 6×10－6 1：2 溫度相同時，NH3與NO物質的量的比值越小，NO的脫除率越小 0.75eV 有水 1：160(或0.00625) (450℃時曲線最高點不超過M點)

【解析】

根據蓋斯定律，可求出反應的焓變，根據自發反應條件:ΔH-TΔS＜0判斷該反應要在低溫條件下才能自發進行；

脫除速率為:變化的質量濃度/變化的時間；溫度相同時，NH3與NO的物質的量的比值越小，NO的脫除率越小；

活化氧分子的活化能越低，越容易活化氧分子；

根據平衡時的三段式及平衡時v逆=v正可算出，再根據a點時的三段式的數據可計算出v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=；

催化劑b的活性在450℃時最大(未達平衡)，其脫氮率最大，可畫出所對應的曲線。

(1)由反應①和②，根據蓋斯定律，可求出反應2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)的焓變為-1196 kJ·mol－1＜0，是一個熵減的反應，所以ΔS＜0，根據自發反應條件:ΔH-TΔS＜0，所以該反應要在低溫條件下才能自發進行；

(2)①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg·m－3，若從X點到Y點經過20s，則該時間段內NO的脫除速率為：mg·m－3·s－1；

②溫度相同時，NH3與NO的物質的量的比值越小，NO的脫除率越小，所以a，b，c曲線對應的NH3與NO的物質的量之比分別為:3:1、1:1.5、1:2，所以曲線c對應的NH3與NO的物質的量之比是1:2；

(3)由圖可知，無水情況下，一個氧分子的活化能為為0.75eV，從圖中的數據可以看出，在有水條件下，活化氧分子的活化能較低，所以容易活化氧分子的條件是有水條件；

(4)①a點時，列出三段式為:

因為CO和CO2的物質的量濃度相等，即4-x=x，解得x=2；

平衡時有：

根據平衡時的三段式及平衡時v逆=v正可算出，則a點時v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=；

②平衡時體系壓強為p，KP為用氣體分壓表示的平衡常數，物質的總濃度為0.8+0.8+1.6+3.2=6.4 mol/L，根據分壓=總壓×物質的量分數，則平衡常數KP=；

(5)催化劑b的活性在450℃時最大(未達平衡)，在圖4中使用催化劑b時所對應的曲線如圖:。