【題目】汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等,科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。

1)已知:2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113.0KJ/mol

2SO2(g)+O2(g)=2SO3(1) ΔH2=-288.4KJ/mol

N2(g) + O2(g) = 2NO(g) H3=+180.5 kJ·mol1

請判斷反應NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(1) ΔH4,在低溫下能否自發(fā)進行,并說明理由______________________。

2)已知TiO2催化尾氣降解原理為:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)2H2O(g)+4NO(g)+O2(g) 4HNO3(g)。

.O2濃度幾乎不變的條件下,模擬CO、NO的降解,得到降解率隨時間變化如圖1所示(),反應40秒后檢測HNO3氣體濃度有所降低,請用化學方程式結合化學反應原理知識解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象可能的原因_______________________。

Ⅱ.2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)和不同溫度下,實驗進行相同一段時間(t秒)后測得的CO降解率變化,回答謝列問題:

①已知50℃、t秒時容器中O2濃度為0.01mol/L,求此溫度下CO降解反應的平衡常數(shù)_______

②下列關于圖2的敘述不正確的是_________

A.根據(jù)降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大,可知CO降解反應的平衡常數(shù)Kb<Kc

B.相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大

C.a點的數(shù)據(jù)反映出COO2之間所發(fā)生的有效碰撞頻率是整個實驗過程中最高的

D.d點降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效

③科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體,將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管,在10-60℃范圍內(nèi)進行實驗,請在圖2中用線段與陰影仿照示例描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現(xiàn)的最大區(qū)域范圍(示例:)。________________________

3TiO2納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解,寫出陽極的電極反應式_______。

【答案】 經(jīng)計算ΔH4=113.0-288.4×0.5=-87.7KJ/mol<0,且可判斷反應的ΔS<0,故在低溫下可自發(fā)進行 40秒后發(fā)生反應2NO=N2+O2生成氮氣,并且NO濃度降低,平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移動,造成HNO3濃度降低 AC Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

【解析】試題分析:(1)根據(jù)△HT△S判斷;Ⅰ. 40秒后發(fā)生反應2NO=N2+O2生成氮氣,并且NO濃度降低;據(jù)此分析平衡移動;Ⅱ. ①根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算;②根據(jù)影響反應速率和反應限度的因素分析;(3)陽極失電子發(fā)生氧化反應;

解析:(1)①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113.0kJ/mol

②2SO2(g)+O2(g)=2SO3(1) ΔH2=-288.4kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律②×-①× NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(1) ΔH3=(113.0-288.4)×0.5=-87.7kJ/mol;氣體物質(zhì)的量減少,ΔS<0,ΔH<0,根據(jù)HTS<0能自發(fā)進行,所以在低溫下可自發(fā)進行;(2)Ⅰ.40秒后發(fā)生反應2NO=N2+O2生成氮氣,并且NO濃度降低,NO濃度降低使平衡2H2O+4NO+O24HNO3逆向移動,造成HNO3濃度降低;Ⅱ. ①設初始CO的濃度為a mol/L

;

②A.根據(jù)降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大,b點不是平衡狀態(tài),故A錯誤;

B. 根據(jù)圖示,相同溫度下β型瀝青混凝土反應速率快,故B正確;

C.溫度越高,有效碰撞頻率越高,故C錯誤;

D.在適宜的溫度下催化劑的效果最好,故D正確;

③催化劑加快反應速率,所以10℃、t秒時就達到平衡,根據(jù)升高溫度平衡轉(zhuǎn)化率降低,可得圖像如下

(3)以金屬鈦為陽極進行電解,陽極失電子發(fā)生氧化反應,生成TiO2,陽極的電極反應式為Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。

練習冊系列答案
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1 L 0.50 mol·L1NH4Cl 溶液與2 L 0.25 mol·L1NH4Cl 溶液含NH4+ 物質(zhì)的量完全相等

pH相等的四種溶液:a.CH3COONa b.NaClO c.NaHCO3 d.NaOH,則四種溶液的溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度由小到大順序為:d < b < c < a

pH=8.3NaHCO3溶液:c(Na) > c(HCO3) > c(CO32)> c(H2CO3)

pH=2的一元酸和pH=12的二元強堿等體積混合:c(OH) ≤ c(H)

pH=4濃度均為0.1 mol·L1CH3COOH、CH3COONa混合溶液中:c(CH3COO)+c(OH) > c(CH3COOH)+c(H+)

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