Question

【題目】有效去除大氣中的NOx，保護臭氧層，是環境保護的重要課題。

(1)在沒有NOx催化時，O3的分解可分為以下兩步反應進行；

①O3=O+O2 (慢) ②O+O3=2O2 (快)

第一步的速率方程為v1=k1c(O3)，第二步的速率方程為v2=k2c(O3)·c(O)。其中O為活性氧原子，它在第一步慢反應中生成，然后又很快的在第二步反應中消耗，因此，我們可以認為活性氧原子變化的速率為零。請用k1、k2組成的代數式表示c(O)=____________。

(2)NO做催化劑可以加速臭氧反應，其反應過程如圖所示：

已知：O3(g)+O(g)=2O2(g) ΔH=－143 kJ/mol

反應1：O3(g)+NO(g)=NO2(g)+O2(g) ΔH1=－200.2 kJ/mol。

反應2：熱化學方程式為____________________________。

(3)一定條件下，將一定濃度NOx(NO2和NO的混合氣體)通入Ca(OH)2懸濁液中，改變，NOx的去除率如圖所示。

已知：NO與Ca(OH)2不反應；

NOx的去除率=1－×100%

①在0.3－0.5之間，NO吸收時發生的主要反應的離子方程式為：___________。

②當大于1.4時，NO2去除率升高，但NO去除率卻降低。其可能的原因是__________。

(4)若將CO和NO按不同比例投入一密閉容器中發生反應：2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=－759.8 kJ/mol，反應達到平衡時，N2的體積分數隨的變化曲線如圖。

①b點時，平衡體系中C、N原子個數之比接近________。

②a、b、c三點CO的轉化率從小到大的順序為________；b、c、d三點的平衡常數從大到小的順序為__________(以上兩空均用a、b、c、d表示)。

③若=0.8，反應達平衡時，N2的體積分數為20%，則NO的轉化率為_____。

Answer 1

【答案】 NO2(g)+O(g)=NO(g)+O2(g) △H2=+57.2kJ/mol NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O NO2量太多，剩余的NO2和水反應生成NO逸出，導致NO去除率降低 1：1 c<b<a b=c>d 60%

【解析】

(1)由于活性氧原子變化的速率為零，可認為其生成速率等于消耗速率，以此計算即可；

(2)根據蓋斯定律將兩個熱化學反應相減可得到反應2的熱化學方程式；

(3)①NO、NO2和Ca(OH)2發生歸中反應產生Ca(NO2)2、H2O；

②根據二者發生歸中反應的物質的量的比及NO2與水反應產生HNO3和NO分析判斷；

(4)①b點時N2含量最高，說明按方程式計量關系反應，根據方程式分析C、N個數的比；

②根據坐標系中橫坐標的含義及物質濃度與物質轉化率的關系分析判斷。利用化學平衡常數與溫度的關系及該反應的正反應為放熱反應，利用溫度對平衡移動的影響判斷；

③根據物質反應轉化關系，結合=0.8，反應達平衡時，N2的體積分數為20%，計算平衡時各種物質的濃度，最后根據轉化率的含義計算NO的轉化率。

(1)由于活性氧原子變化的速率為零，可認為其生成速率等于消耗速率，v1=k1c(O3)， v2=k2c(O3)·c(O)，則k1c(O3)=k2c(O3)·c(O)，所以c(O)=；

(2)反應①是O3在NO作用下生成NO2和O2，NO2在氧原子作用下生成NO和O2，反應過程中NO參與反應后又生成，所以NO作用為催化劑，根據蓋斯定律將兩個熱化學反應相減可得到反應2的熱化學方程式；NO2(g)+O(g)=NO(g)+O2(g) △H=+57.2 kJ/mol；

(3)①NO和Ca(OH)2不反應，所以反應物有NO、NO2和Ca(OH)2，根據氧化還原規律，產物為Ca(NO2)2和水，所以離子方程式為：NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O；

②當NO太少，NO2量太多，首先發生反應：NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O；NO2不能完全吸收，過量的NO2就和水反應生成HNO3和NO，這樣就導致NO2去除率升高，但NO去除率卻降低；

(4)①當反應物按化學計量數之比加入時，平衡時的N2的體積分數最大，所以b點的平衡體系中C、N原子個數比接近1：1；

②增大，CO的濃度增大的倍數大于NO增大的倍數，使CO轉化率降低，所以a、b、c三點CO的轉化率從小到大的順序為c<b<a；由于化學平衡常數只與溫度有關，所以b、c點的平衡常數相同，該反應的正反應為放熱反應，升高溫度，化學平衡逆向移動，N2的體積分數減小，所以T1>T2，平衡逆向移動，化學平衡常數減小，故d點平衡常數小于b、c點，所以b、c、d三點的平衡常數從大到小的順序為b=c>d；

③若=0.8，反應達平衡時，N2的體積分數為20%，假設開始時n(NO)=1 mol，n(CO)=0.8 mol，假設CO平衡時CO轉化了x mol，則根據物質反應轉化關系可知平衡產生CO2的物質的量為x mol，N2為0.5x mol，則此時CO為(0.8-x) mol，NO為(1-x) mol，×100%=20%， 解得x=0.6 mol，所以NO的轉化率為×100%=60%。