Question

【題目】研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大氣污染物的處理對(duì)緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。

(1)已知：C(s)+O2(g)CO2(g) △H=－393.5kJ/mol

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

則C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的△H=___________ kJ/mol

(2)用焦炭還原NO2的反應(yīng)為2 C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)，向兩個(gè)容積均為2L、反應(yīng)溫度分別為T1℃、T2℃的恒溫恒容密閉容器中分別加入足量的焦炭和一定量的NO2，測得各容器中n(NO2)隨反應(yīng)時(shí)間t的變化情況如圖所示；

①T1___________T2(填“>”或“<”)，該反應(yīng)為___________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

②T2℃時(shí)，40～80min，用N2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為v(N2)=___________，此溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K=___________。

③T2℃下，120min時(shí)，向容器中再加入焦炭和NO2各1mol，在t時(shí)刻達(dá)到平衡時(shí)，NO2的轉(zhuǎn)化率比原平衡時(shí)___________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(3)工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法是SCR(選擇性催化還原)脫硝法，反應(yīng)原理為：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) △H<0

①SCR法除NO，投料比一定時(shí)有利于提高NO平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件是___________、___________。

當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，會(huì)發(fā)生以下副反應(yīng)：2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g)；4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

②某科研小組通過系列實(shí)驗(yàn)，分析得出脫硝率與氨氮比[ NH3/NOx表示氨氮比]、溫度的關(guān)系如圖所示，從圖一可以看出，最佳氨氮比為2.0，理由是______________________；由圖二可知，當(dāng)溫度高于405℃后，脫硝率會(huì)逐漸減小，原因是______________________。

Answer 1

【答案】-573.5 > 放熱 0.0025mol/(Lmin) 0.675mol/L 減小 降低溫度 減小壓強(qiáng) 氨氮比從2.0到2.2時(shí)，脫硝率變化不大；但氨的濃度增加較大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高； 當(dāng)溫度過高時(shí)，還會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成N2O和NO

【解析】

(1)將兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減，就得到要求的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)①反應(yīng)溫度高，速率快，達(dá)到平衡需要的時(shí)間縮短分析；

②先計(jì)算出40-80分鐘內(nèi)v(NO2)，然后根據(jù)速率比等于方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)的比計(jì)算v(N2)；根據(jù)平衡常數(shù)的含義計(jì)算出T2時(shí)的K；

③利用等效平衡可以分析不等效平衡中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的變化；

(3)①根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的放熱反應(yīng)分析提高NO平衡轉(zhuǎn)化率的因素；

②從平衡移動(dòng)轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)投資兩方面分析；溫度太高會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。

(1) ①C(s)+O2(g)CO2(g) △H=－393.5kJ/mol；②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol，①-②式，整理可得C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的△H=-573.5kJ/mol；

(2)①在其它條件不變時(shí)，反應(yīng)溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率就越快，達(dá)到平衡需要的時(shí)間就越短根據(jù)圖示可知在溫度為T1時(shí)先達(dá)到平衡，說明溫度T1>T2；

②根據(jù)圖像可知在40-80min內(nèi)，NO2的物質(zhì)的量改變了1.50mol-1.10mol=0.40mol，容器的容積為2L 所以v(NO2)=0.005mol/(Lmin)；根據(jù)2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) 可知：v(N2)=V(NO2)=×0.005mol/(Lmin)=0.0025mol/(Lmin)；

發(fā)生反應(yīng) 2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)

c(始)mol/L 1 0 0

c(變)mol/L 0.60 0.30 0.60

c(平)mol/L 0.40 0.30 0.60

則在T2時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)K==0.675mol/L；

③T2℃下，120min時(shí)，向容器中再加入焦炭，由于焦炭是固體，不能使平衡移動(dòng)；加入NO2 1mol，假設(shè)反應(yīng)過程中容器中的壓強(qiáng)保持原平衡的壓強(qiáng)不變，則容器的體積會(huì)變大一些，達(dá)到平衡后可以建立與原平衡等效的平衡，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率不變，此時(shí)再把容器壓縮到原容器的體積，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率降低，因此，在t時(shí)刻達(dá)到平衡時(shí)，NO2的轉(zhuǎn)化率比原平衡時(shí)減小；

(3)①反應(yīng)4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H<0的正反應(yīng)是氣體體積擴(kuò)大的放熱反應(yīng)，若在投料比不變時(shí)，若要提高NO平衡轉(zhuǎn)化率，就要使化學(xué)平衡正向移動(dòng)。可以降低反應(yīng)體系的溫度，也可以擴(kuò)大容器的容積使體系的壓強(qiáng)減小；

②根據(jù)圖像可知：在氨氮比從2.0到2.2時(shí)，脫硝率增大，但脫硝率變化并不大；但氨的濃度增加較大，必然會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高；由圖二可知，當(dāng)溫度低于405℃時(shí)，溫度升高，脫硝率，但當(dāng)溫度高于405℃后，脫硝率反而逐漸減小，是因?yàn)楫?dāng)溫度過高時(shí)，還會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成N2O和NO。