Question

【題目】李克強總理曾在國務院政府工作報告中強調(diào)二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。因此，研究煙氣的脫硝(除NOx)、脫硫(除SO2)技術有著積極的環(huán)保意義。

(1)汽車的排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”，其反應的熱化學方程式為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50 kJ·mol-1。T℃時，將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2 L的密閉容器中，若溫度和體積不變，反應過程中(0~15 min)NO的物質(zhì)的量隨時間變化如圖。

①圖中a、b分別表示在相同溫度下，使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時，達到平衡過程中n(NO)的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是_____（填“a”或“b”）。

②T℃時，15 min時，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol，則平衡將____移動（填“向左”、“向右”或“不”）。

(2)在催化劑作用下，用還原劑[如肼(N2H4)]選擇性地與NOx反應生成N2和H2O。

已知200℃時：Ⅰ.3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJ·mol-1；

II.N2H4(g)+H2(g)=2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ·mol-1。

①寫出肼的電子式______。

②200℃時，肼分解成氮氣和氫氣的熱化學方程式為_______。

③目前，科學家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝原理，其脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分數(shù))的關系如圖所示。

為達到最佳脫硝效果，應采取的條件是_______。

(3)某溫度下，N2O5氣體在一體積固定的容器中發(fā)生如下反應：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)(慢反應)△H＜0，2NO2(g)N2O4(g)(快反應)△H＜0，體系的總壓強p總和pO2隨時間的變化如圖所示：

①圖中表示O2壓強變化的曲線是_______(填“甲”或“乙”)。

②已知N2O5分解的反應速率v=0.12pN2O5(kPah-1)，t=10 h時，pN2O5=__kPa，v=__kPah-1(結果保留兩位小數(shù)，下同)。

③該溫度下2NO2N2O4反應的平衡常數(shù)Kp=___kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

Answer 1

【答案】b 不 N2H4(g)=N2(g)+2H2(g) ΔH=+50.7 kJ·mol-1 350℃左右、負載率3% 乙 28.2 3.38 0.05

【解析】

(1)①催化劑表面積越大，反應速率越快，達到平衡所需要的時間越短；

②起始時，NO為4 mol，平衡時NO為0.2 mol，根據(jù)方程式求出平衡時CO、CO2、N2的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算；根據(jù)Qc與K的相對大小分析；

(2)①肼分子式是N2H4，結構簡式是H2N-NH2，據(jù)此書寫電子式；

②N2H4分解產(chǎn)生N2(g)、H2(g)，將已知熱化學方程式疊加，可得肼分解的熱化學方程式；

③根據(jù)溫度與脫硝率、負載率關系判斷最佳反應條件；

(3)①圖乙中表示O2壓強變化的曲線是乙，甲為總壓強p總；

②圖甲表示總壓強p總，反應起始只有N2O5氣體，則起始pN2O5=53.8 kPa，根據(jù)圖可知，t=10 h時，pO2=12.8 kPa，根據(jù)反應2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，則該時間段N2O5的壓強減少為12.8 kPa×2=25.6 kPa，據(jù)此計算；

③根據(jù)反應2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)計算N2O5完全分解時的壓強計算出NO2和O2的壓強，再根據(jù)2NO2(g)N2O4(g)計算平衡時的NO2、N2O4壓強，可得平衡常數(shù)。

(1)由于催化劑表面積越大，反應速率越快，達到平衡所需要的時間越短，根據(jù)圖象b曲線表示的反應條件先達到平衡先達到，說明b反應速率快，則b催化劑反應速率快，則b的表面積比催化劑a大；

②在恒容密閉容器中發(fā)生反應：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，反應開始時，n(CO)=n(NO)=0.4 mol，n(CO2)=n(N2)=0，反應達到平衡時n(NO)=0.2 mol，則根據(jù)物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關系可知，n(CO)=0.2 mol，n(CO2)=0.2 mol，n(N2)=0.1 mol，由于容器的容積是2 L，所以各種物質(zhì)的平衡濃度：c(CO)=c(NO)=0.1 mol/L，c(CO2)=0.1 mol/L，c(N2)=0.05 mol/L，則平衡常數(shù)K==5，若平衡時溫度不變，再向容器中從容CO、CO2各0.2 mol，則c(CO)=c(CO2)=0.2 mol/L，Qc==5=K，所以化學平衡不發(fā)生移動；

(2)①肼分子式是N2H4，結構簡式是H2N-NH2，2個N原子之間形成1個共價鍵，每個N原子再分別與2個H原子形成2個共價鍵，使分子中每個原子都達到穩(wěn)定結構，故其電子式為：；

②已知：(I)3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9kJ·mol-1；

(II)N2H4(g)+H2(g)=2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ·mol-1。

將(I)- (II)×2，整理可得N2H4(g)=N2(g)+2H2(g) ΔH=+50.7 kJ·mol-1；

③根據(jù)溫度與脫硝率、負載率的關系可知：要達到最佳脫硝效果，應采取的條件是溫度350℃左右、負載率3%；

(3)①反應從加入N2O5(g)開始，沒有O2，所以開始時O2產(chǎn)生的壓強為0，隨著反應的進行不斷生成氧氣，氧氣的壓強增大，故乙曲線是氧氣壓強變化的曲線；

②圖甲表示總壓強p總，反應起始只有N2O5氣體，則起始pN2O5=53.8 kPa，根據(jù)圖可知，t=10 h時，pO2=12.8 kPa，根據(jù)反應2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，有物質(zhì)之間反應轉(zhuǎn)化關系可知該時間段N2O5的壓強減少△p(N2O5)=12.8 kPa×2=25.6 kPa，故t=10 h時，pN2O5=53.8 kPa-25.6 kPa=28.2 kPa，v(N2O5)=0.12pN2O5(kPah-1)=0.12×28.2 kPa=3.38 kPah-1；

③已知：起始時pN2O5=53.8 kPa，根據(jù)反應2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，若N2O5完全分解，生成的pNO2=53.8 kPa×2=107.6 kPa，pO2=53.8 kPa÷2=26.9 kPa，則此時氣體總壓強應該為p(總)=107.6 kPa+26.9 kPa=134.5 kPa。但根據(jù)圖示可知，最終壓強為94.7 kPa，則NO2轉(zhuǎn)化發(fā)生反應：2NO2(g)N2O4(g)使壓強減少了134.5 kPa-94.7 kPa=39.8 kPa，根據(jù)反應：2NO2(g)N2O4(g)，△p=pN2O4=39.8 kPa，則平衡時pNO2=107.6 kPa-2×39.8 kPa=28 kPa，則該反應的平衡常數(shù)Kp==0.05 kPa-1。