Question

【題目】治理SO2、CO、NOx污染是化學(xué)工作者研究的重要課題。

Ⅰ．軟錳礦(MnO2)、菱錳礦(MnCO3)吸收燒結(jié)煙氣中的SO2制取硫酸錳。pH值對SO2吸收率的影響如圖所示。在吸收過程中，氧氣溶解在礦漿中將 H2SO3氧化成硫酸。

（1）SO2的吸收率在pH＝_____效果最佳，MnO2所起的作用是_______，菱錳礦作為調(diào)控劑與硫酸反應(yīng)， 確保pH的穩(wěn)定，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

Ⅱ．瀝青混凝土可作為2CO(g)+O2(g)2CO2(g)反應(yīng)的催化劑。圖表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應(yīng)時間段下，使用同質(zhì)量的不同瀝青混凝土(α型、β型)催化時，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。

（2）CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K(a)____K(c)(填“>”“<”或“＝”，下同)，在均未達到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化速率___α型，e點轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變的原因可能是______。

Ⅲ．N2H4是一種具有強還原性的物質(zhì)。燃燒過程中釋放的能量如下：(已知a>b)

① N2H4(g)＋2O2(g) == NO2(g)＋1/2N2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1

② N2H4(g)＋2O2(g) == 2NO(g)＋2H2O(g) ΔH2＝b kJ·mol－1

（3）已知反應(yīng)活化能越低，反應(yīng)速率越大。假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是______。

（4）試寫出NO(g)分解生成N2(g)和NO2(g)的熱化學(xué)方程式為_____________。

Ⅳ．某含鈷催化劑可以催化消除柴油車尾氣中的碳煙(C)和NOx。不同溫度下，將模擬尾氣（成分如下表所示）以相同的流速通過該催化劑，測得所有產(chǎn)物（CO2、N2、N2O）與NO的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如下圖所示。

模擬尾氣	氣體(10mol)			碳煙
	NO	O2	He
物質(zhì)的量(mol)	0.025	0.5	9.475	n

（5）375℃時，測得排出的氣體中含0.45 molO2和0.0525mol CO2，則Y的化學(xué)式為_____。實驗過程中不采用NO2的模擬NOx原因是_________。

Answer 1

【答案】3 氧化劑 MnCO3＋H2SO4== MnSO4＋CO2↑＋H2O > > 溫度升高后催化劑失去活性 a 2NO(g)===1/2N2(g)＋NO2(g) ΔH＝(a－b) kJ·mol－1 N2O 因常溫下有2NO2N2O4會導(dǎo)致一定的分析誤差

【解析】

本題主要考察了氧化還原反應(yīng)原理，熱反應(yīng)方程式書寫，催化劑性質(zhì)和化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率性質(zhì)。

（1）由題可知，SO2的吸收率在pH＝3時效果最佳；軟錳礦(MnO2)吸收SO2制取硫酸錳MnO2，二氧化硫發(fā)生氧化反應(yīng)，故MnO2所起的作用是氧化劑，菱錳礦與硫酸反應(yīng)，確保pH的穩(wěn)定，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為. MnCO3＋H2SO4== MnSO4＋CO2↑＋H2O；

（2）由圖可知，溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)逆向移動，故a溫度低于c，K(a)>K(c)；可逆反應(yīng)達到平衡時，轉(zhuǎn)化率最大，故圖中b、c點到達平衡，在均未達到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化速率大于α型；反應(yīng)過程存在催化劑，故e點轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性；

（3）已知反應(yīng)活化能越低，反應(yīng)速率越大。假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，則反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ的活化能，且0>a>b則示意圖正確的是a；

（4）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①-反應(yīng)②：2NO(g)===1/2N2(g)＋NO2(g) ΔH＝(a－b) kJ·mol－1；

（5）模擬尾氣中NO的物質(zhì)的量是0.025mol，而圖中參與反應(yīng)生成的X和Y的NO的物質(zhì)的量是0.025mol×（8%+16%）=0.006mol，模擬尾氣中的氧氣物質(zhì)的量是0.5mol，測得排出的氣體中含有0.45mol的氧氣，說明實際參與反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.05mol，同時測得0.0525mol二氧化碳。根據(jù)氧守恒可知，N2O的物質(zhì)的量是0.05×2+0.06-0.0525×2=0.001mol，根據(jù)氮守恒可知，N2的物質(zhì)的量是0.003-0.001=0.002mol，所以16%對應(yīng)的是氮氣，8%對應(yīng)的是N2O，故Y是N2O；

（6）實驗過程中不采用NO2的模擬NOx原因是存在雙聚平衡2NO2N2O4，所以無純的二氧化氮。