Question

【題目】(1)汽車尾氣中的 NO和CO可在催化劑作用下生成無污染的氣體而除去。在密閉容器中充入10 mol CO和8 mol NO發(fā)生反應，測得平衡時NO的體積分數(shù)與溫度、壓強的關(guān)系如圖。

①已知該反應在較低溫度下能自發(fā)進行，則反應 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2 (g)，ΔH______0（填“>” “=”或“<”）。

②該反應達到平衡后，為同時提高反應速率和CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有______ (填字母序號)

a.改用高效催化劑 b．縮小容器的體積 c．增加 NO 的濃度 d．升高溫度

(2)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2，將一定比例的O2、NH3 和NOx的混合氣體勻速通入裝有催化劑M的反應器中反應，反應相同時間，NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖所示。

解釋在50 ℃～150 ℃范圍內(nèi)隨溫度升高，NOx 的去除率迅速上升的原因是_______

(3)NH3催化還原氮氧化物技術(shù)是目前應用最廣泛的煙氣脫氮技術(shù)：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g) ΔH<0。密閉容器中，在相同時間內(nèi)，在催化劑 A作用下脫氮率隨溫度變化如圖所示。

現(xiàn)改用催化能力稍弱的催化劑B進行實驗，請在上圖中畫出在催化劑 B作用下的脫氮率隨溫度變化的曲線_________（不考慮溫度對催化劑活性的影響）。

(4)某研究小組利用反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △ H= -34.0 kJ/mol，用活性炭對NO進行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C和一定量的NO氣體，保持恒壓測得 NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示：

①由圖可知，在 1050 K 前，反應中 NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升髙而增大，其原因為____________； 在 1100 K 時，N2的體積分數(shù)為____________。

②用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學平衡常數(shù)(記作 Kp )。在 1050 K、1.1×106 Pa 時，該反應的化學平衡常數(shù) Kp=____________（已知：氣體分壓(P分) =氣體總壓(Pa)×體積分數(shù)）

Answer 1

【答案】< bc 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx去除反應速率迅速增大 1050 K前反應未達到平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率沒有達到最大值，隨溫度升高，反應速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大 20% 4

【解析】

(1)①根據(jù)反應自發(fā)進行的依據(jù)判斷；

②為提高反應速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，需要改變條件平衡正向進行；

(2)在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低；

(3)脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小，B催化劑的效率低，所以達平衡的時間長，但平衡不移動，最終的脫氮率不變；

(4)①結(jié)合平衡狀態(tài)特點：平衡時轉(zhuǎn)化率最大，則1050 K前反應末達到平衡狀態(tài)，升高溫度，反應速率加快； 根據(jù)1100 K時NO的轉(zhuǎn)化率為40%，利用物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關(guān)系計算出各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，帶入物質(zhì)含量表達式即可求解；

②已知1050 K時NO的轉(zhuǎn)化率為80%，設NO起始量為1 mol，根據(jù)物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關(guān)系計算各種物質(zhì)的平衡物質(zhì)的量，結(jié)合Kp表達式即可求解。

(1)①根據(jù)反應自由能公式△G=△H-T△S，若反應能夠自發(fā)進行，則△G=△H-T△S<0，該反應的正反應是氣體體積減小的反應，△S<0，反應在低溫下可自發(fā)進行，則△H<0；

②根據(jù)上述分析可知：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2 (g)，ΔH<0；

a．改用高效催化劑加快反應速率，平衡不變，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率不變，a錯誤；

b．縮小容器的體積，體系內(nèi)壓強增大，反應速率增大，平衡正向進行，NO的轉(zhuǎn)化率增大，b正確；

c．增加CO的濃度反應速率增大，平衡正向進行，NO的轉(zhuǎn)化率增大，c正確；

d．升高溫度，反應速率增大，由于該反應的正反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，NO的轉(zhuǎn)化率減小，d錯誤；

故合理選項是bc；

(2)在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低，根據(jù)圖知，迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx去除反應速率迅速增大；上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應速率增大但是催化劑活性下降；

(3)300℃前反應未達到平衡狀態(tài)，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小．B催化劑的效率低，所以達平衡的時間長，平衡不移動，但最終的脫氮率不變，所以圖象為；

(4)①該反應的正反應是放熱反應，反應從正反應方向開始，當達到平衡狀態(tài)時反應物的轉(zhuǎn)化率最高；1050 K前轉(zhuǎn)化率沒有達到最大值，即反應未達到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，反應速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大；

在1100 K時，NO的轉(zhuǎn)化率為40%，設起始量NO為2 mol，則根據(jù)反應方程式可知平衡時NO的物質(zhì)的量為n(NO)=2 mol×(1-40%)=1.2 mol，n(N2)=n(CO2)=△n(NO)= ×2 mol×40%=0.4 mol，所以平衡時N2的體積分數(shù)為×100%=20%；

②由圖可知1050K時，NO的轉(zhuǎn)化率為80%，設NO起始量為1 mol，則根據(jù)物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關(guān)系可知平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為：n(NO)=1 mol×(1-80%)=0.2 mol，n(N2)=n(CO2)=△n(NO)= ×1 mol×80%=0.4 mol，氣體的物質(zhì)的量的比等于氣體所占的壓強比，平衡常數(shù)壓強表示的平衡常數(shù)Kp==4。