Question

【題目】NOx是空氣的主要污染物之一。回答下列問題：

(1)汽車尾氣中的NO來自于反應：N2(g)＋ O2(g)2NO(g)。如圖表示在不同溫度時，一定量NO分解過程中N2的體積分數隨時間的變化。則N2(g)＋ O2(g)2NO(g)為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。2000℃時，向容積為2L的密閉容器中充入10mol N2和5mol O2，發生上述反應，10min達到平衡，產生2mol NO，則10min內的平均反應速率υ(O2)＝____mol·L－1·min－1。

(2)在汽車的排氣管上加裝催化轉化裝置可減少NOx的排放。研究表明，NOx的脫除率除與還原劑、催化劑相關外，還取決于催化劑表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3＋X(A、B均為過渡元素)為催化劑，用H2還原NO的機理如下：

第一階段：B4＋(不穩定)＋H2→低價態的金屬離子(還原前后催化劑中金屬原子的個數不變)

第二階段：NO(g)＋□→NO(a) ΔH1、K1

2NO(a)→2N(a)+O2(g) ΔH2、K2

2N(a)→N2(g)＋2□ ΔH3、K3

2NO(a)→N2(g)+2O(a) ΔH4、K4

2O(a)→O2(g)＋2□ ΔH5、K5

注：□表示催化劑表面的氧缺位，g表示氣態，a表示吸附態

第一階段用氫氣還原B4＋得到低價態的金屬離子越多，第二階段反應的速率越快，原因是_____。第二階段中各反應焓變間的關系：2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝________；該溫度下，NO脫除反應2NO(g) N2(g)＋O2(g)的平衡常數K＝_______(用K1、K2、K3的表達式表示)。

(3)工業廢氣中的NO和NO2可用NaOH溶液吸收。向20mL0.1mo1·L－1NaOH溶液中通入含NO和NO2的廢氣，溶液pH隨氣體體積V的變化如圖1所示(過程中溫度保持不變)，B點對應的溶液中c(HNO2)＝c(NO2－)，則A點對應溶液中c(NO2-)/c(HNO2)＝________。

(4)氨催化還原法也可以消除NO，原理如圖2所示，NO最終轉化為H2O和________(填電子式)；當消耗1 molNH3和0.5 molO2時，理論上可消除____________L(標準狀況)NO。

Answer 1

【答案】吸熱 0.05 還原后催化劑中金屬原子的個數不變，價態降低，氧缺位增多，反應速率加快 2ΔH1＋ΔH4＋ΔH5 K12×K2×K3 103.7 11.2

【解析】

(1)根據圖像，T2曲線先到達平衡，反應速率大，溫度較高，結合溫度對平衡的影響分析判斷；根據N2(g)＋ O2(g)2NO(g)，計算出反應消耗的氧氣，再計算10min內的氧氣的平均反應速率；

(2)還原后催化劑中金屬原子的個數不變，價態降低，氧缺位增多；根據蓋斯定律分析解答；

(3)NO和NO2可用NaOH溶液，吸收發生的反應為NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O，根據亞硝酸鈉的水解平衡常數Kh=結合溫度不變，Kh不變計算；

(4)由圖2知，該原理中的中NO最終轉化為H2O和氮氣；根據氨氣失去的電子的物質的量等于NO和氧氣得到的電子總物質的量計算。

(1)根據圖像，T2曲線先到達平衡，反應速率大，溫度較高，而溫度升高，氮氣的體積分數減小，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，故正反應為吸熱反應；根據N2(g)＋ O2(g)2NO(g)，10min達到平衡，產生2mol NO，則反應的氧氣為1mol，10min內的平均反應速率υ(O2)＝=0.05 mol·L－1·min－1，故答案為：吸熱；0.05；

(2)還原后催化劑中金屬原子的個數不變，價態降低，氧缺位增多，第二階段反應速率加快；第二階段：①NO(g)＋□→NO(a) ΔH1、K1，②2NO(a)→2N(a)+O2(g) ΔH2、K2，③2N(a)→N2(g)＋2□ ΔH3、K3，④2NO(a)→N2(g)+2O(a) ΔH4、K4，⑤2O(a)→O2(g)＋2□ ΔH5、K5，根據蓋斯定律，將①×2+②+③得到2NO(g)→O2(g)+ N2(g)，將①×2+④+⑤得到2NO(g)→N2(g)+ O2(g)，即2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝2ΔH1＋ΔH4＋ΔH5；因此2NO(g) N2(g)＋O2(g)的平衡常數K＝K12×K2×K3，故答案為：還原后催化劑中金屬原子的個數不變，價態降低，氧缺位增多，反應速率加快；2ΔH1＋ΔH4＋ΔH5；K12×K2×K3；

(3)20mL0.1mo1·L－1NaOH溶液中含有氫氧化鈉0.002mol，NO和NO2可用NaOH溶液吸收，發生的反應為NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O，亞硝酸鈉的水解平衡常數Kh=，B點對應的溶液中c(HNO2)＝c(NO2－)，Kh= c(OH-)==10-10.7，溫度不變，Kh不變，A點Kh=，===103.7，故答案為：103.7；

(4)由圖2可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水，所以NO最終轉化為N2和H2O，氮氣的電子式為；氧氣、一氧化氮和氨氣反應生成氮氣和水，反應中氨氣失去的電子的物質的量等于NO和氧氣得到的電子總物質的量，1mol NH3轉化為N2失去3mol電子，0.5mol O2得到2mol電子，則NO轉化為N2得到的電子為1mol，所以NO的物質的量為0.5mol，標準狀況下的體積為11.2L，故答案為：；11.2。