Question

【題目】大氣中NOx、SO2等污染物的有效去除和資源的充分利用是當(dāng)今社會的重要研究課題，目前采用的方法如下：

I.直接轉(zhuǎn)化法：利用高效催化劑將汽車尾氣直接轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。

已知：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)△H1＝＋180kJ·mol－1

(1)利用固體表面催化工藝將NO分解為N2、O2而消除污染。

用分別表示N2、NO、O2和固體催化劑，在固體催化劑表面分解NO的過程如圖所示。從吸附到解吸的過程中，能量狀態(tài)最低的是________________________(填字母序號)。

(2)利用稀土等催化劑能將汽車尾氣中的CO、NO直接轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)N2、CO2。

①已知：C(s)、CO(g)的燃燒熱分別為393kJ·mol－1、283kJ·mol－1，寫出NO(g)與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式________________________。

②為研究上述反應(yīng)，某學(xué)習(xí)小組在密閉容器中充入10molCO和10molNO，發(fā)生上述①所寫反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測得平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)隨溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖。

a.某溫度下的平衡狀態(tài)D點(diǎn)，若同時采取縮小容器體積和降低溫度，重新達(dá)到平衡狀態(tài)時，可能到達(dá)圖中A～G點(diǎn)中的________________________點(diǎn)。

b.當(dāng)壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T時的平衡常數(shù)Kp＝________________________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；保留3位有效數(shù)字)。

II.催化還原法：利用還原劑在催化劑的作用下將氮氧化物轉(zhuǎn)為無毒物質(zhì)N2、CO2。

(3)用活性炭還原法可以處理汽車尾氣中的氮氧化物。

某研究小組在2L的恒容密閉容器中加入一定量的NO和足量的固體活性炭，發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。在不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量如表：

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為________________________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

②350℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡后向恒容容器中再充入0.100molNO，再次達(dá)到平衡后，N2的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)為________________________。

A.0.5B.0.25C.介于0.25和0.5之間D.無法確定

III.電解法：利用電解的方法將氨氧化物轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)，從而達(dá)到資源的回收利用。

(4)如圖所示的電解裝置，可將霧霾中的NO2、SO2轉(zhuǎn)化為硫酸銨，從而實(shí)現(xiàn)廢氣的回收再利用，回答下列問題：

①陰極的電極反應(yīng)式為________________________。

②上圖中A物質(zhì)是________________________。

Answer 1

【答案】C 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1 G 0.474MPa－1 放熱 B NO2＋8H+＋7e－===＋2H2O H2SO4或硫酸

【解析】

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中鍵的斷裂與形成過程中能量變化形式判斷；根據(jù)蓋斯定律分析判斷；根據(jù)在密閉容器中充入10molCO和10molNO，發(fā)生反應(yīng)，壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進(jìn)行到20min達(dá)到平衡狀態(tài)，NO體積分?jǐn)?shù)為25%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算；結(jié)合溫度對平衡的影響分析；根據(jù)電解原理分析判斷，其中電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)。

I．(1)化學(xué)反應(yīng)過程中存在鍵的斷裂和鍵的形成，其中斷裂化學(xué)鍵吸熱，形成化學(xué)鍵放出能量，在NO分解為N2、O2的過程中，C過程是形成化學(xué)鍵，釋放能量，則此時能量狀態(tài)最低；

(2) ①已知：①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)△H1＝＋180kJ·mol－1，C(s)、CO(g)的燃燒熱分別為393kJ·mol－1、283kJ·mol－1，則：②C(s)+ O2(g)＝CO2(g) ΔH2=-393kJ·mol－1，③CO(g) + O2(g)＝CO2(g) ΔH3=-283kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律可知③×2-①可得2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，此反應(yīng)的ΔH＝(-283kJ·mol－1)×2-(＋180kJ·mol－1)=－746kJ·mol－1，即NO(g)與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式為2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1；

②a．已知2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1，縮小容器體積，即增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，降低溫度，平衡正向移動，平衡體系中NO的體積分?jǐn)?shù)降低，重新達(dá)到平衡狀態(tài)時，可能是圖中G點(diǎn)；

b．當(dāng)壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)為25%；

×100%=25%，解得：x=mol，平衡混合氣體的總物質(zhì)的量為20-x=mol；該溫度下的平衡常數(shù)Kp＝=0.474MPa－1；

II．(3)①由表中數(shù)據(jù)可知升高溫度剩余NO較多，說明升高溫度抑制反應(yīng)向正向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②350℃時，原平衡體系中N2的體積分?jǐn)?shù)為=25%；對反應(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，由于反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)不變，則增大壓強(qiáng)平衡不移動，反應(yīng)達(dá)到平衡后向恒容容器中再充入0.100 mol NO，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，則平衡不移動，混合氣中NO的百分含量不變，即仍為25%，故答案為B；

III．(4)①與電源負(fù)極相連的極為陰極，NO2在陰極區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)生成NH4+，則電極反應(yīng)式為NO2＋8H+＋7e－===＋2H2O；

②SO2在電解池的陽極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+，總反應(yīng)式為

2NO2+10H2O+7SO2=(NH4)2SO4＋6H2SO4A物質(zhì)是硫酸。