Question

【題目】有效去除大氣中的NOx，保護臭氧層，是環(huán)境保護的重要課題。

(1)在沒有NOx催化時，O3的分解可分為以下兩步反應(yīng)進行；

①O3=O+O2 (慢) ②O+O3=2O2 (快)

第一步的速率方程為v1=k1c(O3)，第二步的速率方程為v2=k2c(O3)·c(O)。其中O為活性氧原子，它在第一步慢反應(yīng)中生成，然后又很快的在第二步反應(yīng)中消耗，因此，我們可以認為活性氧原子變化的速率為零。請用k1、k2組成的代數(shù)式表示c(O)=____________。

(2)NO做催化劑可以加速臭氧反應(yīng)，其反應(yīng)過程如圖所示：

已知：O3(g)+O(g)=2O2(g) ΔH=－143 kJ/mol

反應(yīng)1：O3(g)+NO(g)=NO2(g)+O2(g) ΔH1=－200.2 kJ/mol。

反應(yīng)2：熱化學(xué)方程式為____________________________。

(3)一定條件下，將一定濃度NOx(NO2和NO的混合氣體)通入Ca(OH)2懸濁液中，改變，NOx的去除率如圖所示。

已知：NO與Ca(OH)2不反應(yīng)；

NOx的去除率=1－×100%

①在0.3－0.5之間，NO吸收時發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為：___________。

②當(dāng)大于1.4時，NO2去除率升高，但NO去除率卻降低。其可能的原因是__________。

(4)若將CO和NO按不同比例投入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=－759.8 kJ/mol，反應(yīng)達到平衡時，N2的體積分數(shù)隨的變化曲線如圖。

①b點時，平衡體系中C、N原子個數(shù)之比接近________。

②a、b、c三點CO的轉(zhuǎn)化率從小到大的順序為________；b、c、d三點的平衡常數(shù)從大到小的順序為__________(以上兩空均用a、b、c、d表示)。

③若=0.8，反應(yīng)達平衡時，N2的體積分數(shù)為20%，則NO的轉(zhuǎn)化率為_____。

Answer 1

【答案】 NO2(g)+O(g)=NO(g)+O2(g) △H2=+57.2kJ/mol NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O NO2量太多，剩余的NO2和水反應(yīng)生成NO逸出，導(dǎo)致NO去除率降低 1：1 c<b<a b=c>d 60%

【解析】

(1)由于活性氧原子變化的速率為零，可認為其生成速率等于消耗速率，以此計算即可；

(2)根據(jù)蓋斯定律將兩個熱化學(xué)反應(yīng)相減可得到反應(yīng)2的熱化學(xué)方程式；

(3)①NO、NO2和Ca(OH)2發(fā)生歸中反應(yīng)產(chǎn)生Ca(NO2)2、H2O；

②根據(jù)二者發(fā)生歸中反應(yīng)的物質(zhì)的量的比及NO2與水反應(yīng)產(chǎn)生HNO3和NO分析判斷；

(4)①b點時N2含量最高，說明按方程式計量關(guān)系反應(yīng)，根據(jù)方程式分析C、N個數(shù)的比；

②根據(jù)坐標系中橫坐標的含義及物質(zhì)濃度與物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的關(guān)系分析判斷。利用化學(xué)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系及該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，利用溫度對平衡移動的影響判斷；

③根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合=0.8，反應(yīng)達平衡時，N2的體積分數(shù)為20%，計算平衡時各種物質(zhì)的濃度，最后根據(jù)轉(zhuǎn)化率的含義計算NO的轉(zhuǎn)化率。

(1)由于活性氧原子變化的速率為零，可認為其生成速率等于消耗速率，v1=k1c(O3)， v2=k2c(O3)·c(O)，則k1c(O3)=k2c(O3)·c(O)，所以c(O)=；

(2)反應(yīng)①是O3在NO作用下生成NO2和O2，NO2在氧原子作用下生成NO和O2，反應(yīng)過程中NO參與反應(yīng)后又生成，所以NO作用為催化劑，根據(jù)蓋斯定律將兩個熱化學(xué)反應(yīng)相減可得到反應(yīng)2的熱化學(xué)方程式；NO2(g)+O(g)=NO(g)+O2(g) △H=+57.2 kJ/mol；

(3)①NO和Ca(OH)2不反應(yīng)，所以反應(yīng)物有NO、NO2和Ca(OH)2，根據(jù)氧化還原規(guī)律，產(chǎn)物為Ca(NO2)2和水，所以離子方程式為：NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O；

②當(dāng)NO太少，NO2量太多，首先發(fā)生反應(yīng)：NO+NO2+Ca(OH)2=Ca2++2NO2-+H2O；NO2不能完全吸收，過量的NO2就和水反應(yīng)生成HNO3和NO，這樣就導(dǎo)致NO2去除率升高，但NO去除率卻降低；

(4)①當(dāng)反應(yīng)物按化學(xué)計量數(shù)之比加入時，平衡時的N2的體積分數(shù)最大，所以b點的平衡體系中C、N原子個數(shù)比接近1：1；

②增大，CO的濃度增大的倍數(shù)大于NO增大的倍數(shù)，使CO轉(zhuǎn)化率降低，所以a、b、c三點CO的轉(zhuǎn)化率從小到大的順序為c<b<a；由于化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，所以b、c點的平衡常數(shù)相同，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，N2的體積分數(shù)減小，所以T1>T2，平衡逆向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減小，故d點平衡常數(shù)小于b、c點，所以b、c、d三點的平衡常數(shù)從大到小的順序為b=c>d；

③若=0.8，反應(yīng)達平衡時，N2的體積分數(shù)為20%，假設(shè)開始時n(NO)=1 mol，n(CO)=0.8 mol，假設(shè)CO平衡時CO轉(zhuǎn)化了x mol，則根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知平衡產(chǎn)生CO2的物質(zhì)的量為x mol，N2為0.5x mol，則此時CO為(0.8-x) mol，NO為(1-x) mol，×100%=20%， 解得x=0.6 mol，所以NO的轉(zhuǎn)化率為×100%=60%。