Question

【題目】李克強總理在《2018年國務院政府工作報告》中強調“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。”研究煙氣的脫硝(除NOx)、脫硫(除SO2)有著積極的環(huán)保意義。

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

（2）在a曲線所示反應中，0~10min內，CO的平均反應速率v(CO)=___________；T℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K=_____________；平衡時若保持溫度不變，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”)

（3）15min時, n (NO)發(fā)生圖中所示變化，則改變的條件可能是_______（填序號）

A．充入少量CO B.將N2液化移出體系 C.升高溫度 D.加入催化劑

Ⅱ. 已知有下列反應：

①5O2(g)+ 4NH3(g)6H2O(g)+ 4NO(g) △H1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2

③2NO(g)+ O2(g)2NO2(g) △H3

（1）若在高效催化劑作用下可發(fā)生8NH3(g)+ 6NO2(g) 7N2(g)+ 12H2O(g)的反應，對NO2進行處理則該反應的△H=__________（用△H1，△H2，△H3表示），△S______0

（2）某溫度下，向某恒容密閉容器中充入一定量的NH3和NO2，按照（1）的原理模擬污染物的處理。若容器中觀察到________________（填序號），可判斷該反應達到平衡狀態(tài)

A．混合氣體顏色不再改變 B. 混合氣體的密度不再改變

C．混合氣體摩爾質量不再改變 D. NH3和NO2的物質的量之比不再改變

（3）將一定比例的O2、NH3和NO2的混合氣體，勻速通入圖(a)所示裝有催化劑M的反應器中充分進行反應。

反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖(b)所示。已知該催化劑在100～150℃時活性最高，那么在50～250 ℃范圍內隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢，其中去除率迅速上升段的主要原因是____________________________；當反應溫度高于380 ℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________

Answer 1

【答案】b0.01mol/(L·min)5 L/mol不AB2△H1-7△H2-3△H3>AC溫度升高和催化劑的高活性共同作用使得反應速率加快，去除率先迅速上升催化劑失活或者副反應程度的增大（氨氣和氧氣反應）

【解析】

I.（1）利用表面積增大，加快反應速率；（2）根據(jù)化學反應速率的數(shù)學表達式、化學平衡常數(shù)的定義、化學平衡常數(shù)與濃度商的關系進行分析；（3）從影響化學平衡移動因素進行分析；II.（1）根據(jù)熱化學反應方程式的計算進行分析；（2）考查化學平衡狀態(tài)的判斷；（3）從化學反應條件的控制。

I.（1）表面積大，增加接觸面積，加快反應速率，因此催化劑面積較大的曲線是b；（2）根據(jù)化學反應速率的數(shù)學表達式，v(CO)=(0.4－0.2)/(2×10)mol/(L·min)=0.01 mol/(L·min)；

2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)

起始濃度： 0.2 0.2 0 0

變化濃度： 0.1 0.1 0.1 0.05

平衡濃度： 0.1 0.1 0.1 0.05，根據(jù)平衡常數(shù)的表達式，=5；此時CO的濃度為0.2mol·L－1，CO2的濃度為0.2mol·L－1，代數(shù)上式，此時的濃度商為5，與化學平衡常數(shù)相等，即平衡不移動；（3）15min時，NO的物質的量減少，A、充入少量CO，增加反應物的濃度，平衡向正反應方向進行，NO的物質的量減少，故A錯誤；B、將N2移出，減少生成物濃度，平衡向正反應方向移動，NO的物質的量減小，故B正確；C、此反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，NO物質的量增加，故C錯誤；D、加入催化劑，平衡不移動，NO物質的量不變，故D錯誤；II.（1） 根據(jù)目標反應方程式，①×2－②×7－3×③，即△H=2△H1-7△H2-3△H3；生成物氣體系數(shù)之和大于反應物氣體系數(shù)之和，即此反應為熵增，△S>0；（2）A、NO2為紅棕色氣體，其余氣體為無色，即當氣體顏色不再改變，說明反應達到平衡，故A正確；B、是恒容狀態(tài)，氣體體積保持不變，組分都是氣體，氣體質量不再改變，因此密度始終保持不變，即密度不再改變，不能說明反應達到平衡，故B錯誤；C、反應前后氣體系數(shù)之和不相等，即物質的量改變，組分都是氣體，氣體質量保持不變，根據(jù)M=m/n，因此平均摩爾質量不再改變，說明反應達到平衡，故C正確；D、氨氣和NO2物質的量之比始終保持不變，因此不能作為達到平衡的標志，故D錯誤；（3）隨著溫度的升高，去除率迅速上升，主要原因是溫度升高和催化劑的高活性共同作用使得反應速率加快，去除率先迅速上升；高于380℃，去除率迅速下降的原因是催化劑失活或者副反應程度的增大（氨氣和氧氣反應）。