Question

【題目】治理汽車尾氣和燃煤尾氣是環(huán)境保護(hù)的重要課題.請回答下列問題：

(1)在汽車排氣系統(tǒng)中安裝三元催化轉(zhuǎn)化器,可發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g).在恒容密閉容器中通入等量的CO和NO,發(fā)生上述反應(yīng)時(shí),c(CO)隨溫度(T)和時(shí)間(t)的變化曲線如圖所示.

①據(jù)此判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)為____(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng).

②溫度T1時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____;反應(yīng)速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù),計(jì)算a處v(正):v(逆)=________.

(2)下圖流程是一種新型的除去尾氣中氮氧化物的技術(shù),一般采用氨氣或尿素作還原劑

該技術(shù)中用尿素[CO(NH2)2]作還原劑還原NO2的主要反應(yīng)為:4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O ,則用NH3作還原劑還原尾氣中NO（NH3、NO的物質(zhì)的量之比為1:1）的化學(xué)方程式為:______.

(3)哈伯法合成氨的流程圖如圖,下列五個(gè)流程中為提高原料利用率而采取的措施________（填序號(hào)）

(4)一種電化學(xué)制備NH3的裝置如圖所示,圖中陶瓷在高溫時(shí)可以傳輸H+.下列敘述正確的是______________（填選項(xiàng)）

A.Pd電極b為陰極 B.陰極的反應(yīng)式為N2+6H++6e-=2NH3

C.H+由陽極向陰極遷移 D.陶瓷可以隔離N2和H2

(5)也可用CH4催化還原NOx法消除煙氣中氮氧化物的污染.已知：

①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

則CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式為__________________________________.

Answer 1

【答案】放熱 80 160：1 4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O ②④⑤ BCD CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol

【解析】

(1)①從圖中可以看出，T1時(shí)反應(yīng)先達(dá)平衡，則T1>T2，T1時(shí)c(CO)大，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)。

② 依題意，可得如下三段式：

溫度T1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=，反應(yīng)速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，平衡時(shí)，k正c2(NO)c2(CO)=k逆c2(CO2)c(N2)，即k正×0.42×0.42=k逆×0.8×1.62，k正=80 k逆。

計(jì)算a處v(正):v(逆)= k正c2(NO)c2(CO:k逆c2(CO2)c(N2)= 80 k逆×1.02×1.02: k逆×0.5×1.02=160:1

(2)用NH3作還原劑還原尾氣中NO（NH3、NO的物質(zhì)的量之比為1:1），NO得2e-，NH3失去3e-，得失電子總數(shù)不等，則另有得電子的物質(zhì)，只能為空氣中的O2，由此可得出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(3)五個(gè)流程中為提高原料利用率而采取的措施：加壓，有利于平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；加催化劑只能加快反應(yīng)速率，但不能使平衡發(fā)生移動(dòng)；液化分離NH3，雖然不能加快反應(yīng)速率，但能使平衡正向移動(dòng)；N2和H2循環(huán)使用，也可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

(4)從圖中可以看出，H2失電子，Pd電極b為陽極，則Pd電極a為陰極。

A.Pd電極b為陽極，A錯(cuò)誤；

B.陰極N2得電子，生成NH3，電極反應(yīng)式為N2+6H++6e-=2NH3，B正確；

C.陽極生成H+，通過質(zhì)子傳輸陶瓷向陰極遷移，C正確；

D.陶瓷只允許H+通過，可以隔離N2和H2，D正確。

(5) ①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

則①+②-③×2可得CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式。

(1)①從圖中可以看出，T1時(shí)反應(yīng)先達(dá)平衡，則T1>T2，T1時(shí)c(CO)大，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，從而得出正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。答案為：放熱；

② 依題意，可得如下三段式：

溫度T1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==80，反應(yīng)速率v=v(正)-v(逆)=k正c2(NO)c2(CO)- k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，平衡時(shí)，k正c2(NO)c2(CO)=k逆c2(CO2)c(N2)，即k正×0.42×0.42=k逆×0.8×1.62，k正=80 k逆。

計(jì)算a處v(正)v(逆)= k正c2(NO)c2(CO:k逆c2(CO2)c(N2)= 80 k逆×1.02×1.02: k逆×0.5×1.02=160:1。答案為：80；160:1；

(2)用NH3作還原劑還原尾氣中NO（NH3、NO的物質(zhì)的量之比為1:1），NO得2e-，NH3失去3e-，得失電子總數(shù)不等，則另有得電子的物質(zhì)，只能為空氣中的O2，由此可得出反應(yīng)的化學(xué)方程式4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O。答案為：4NH3+4NO+O2(g)=4N2+6H2O；

(3)五個(gè)流程中為提高原料利用率而采取的措施：加壓，有利于平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；加催化劑只能加快反應(yīng)速率，但不能使平衡發(fā)生移動(dòng)；液化分離NH3，雖然不能加快反應(yīng)速率，但能使平衡正向移動(dòng)；N2和H2循環(huán)使用，也可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。答案為：②④⑤；

(4)從圖中可以看出，H2失電子，Pd電極b為陽極，則Pd電極a為陰極。

A.Pd電極b為陽極，A錯(cuò)誤；

B.陰極N2得電子，生成NH3，電極反應(yīng)式為N2+6H++6e-=2NH3，B正確；

C.陽極生成H+，通過質(zhì)子傳輸陶瓷向陰極遷移，C正確；

D.陶瓷只允許H+通過，可以隔離N2和H2，D正確。答案為：BCD；

(5) ①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol;

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.0 kJ/mol;

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

則①+②-③×2可得CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式為CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol。答案為：CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H ＝－978.0 kJ/mol。