Question

【題目】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質(zhì)，研究氮氧化物間的相互轉(zhuǎn)化及脫除具有重要意義。

I．氮氧化物間的相互轉(zhuǎn)化

(1)已知2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

第一步 2NO(g)N2O2(g) （快速平衡）

第二步 N2O2(g) + O2(g) = 2NO2(g) （慢反應(yīng)）

①用O2表示的速率方程為v(O2)=k1c2(NO)c(O2)；NO2表示的速率方程為v(NO2)=k2c2(NO)c(O2)，k1與k2分別表示速率常數(shù)，則=________。

②下列關(guān)于反應(yīng)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的說(shuō)法正確的是_________（填序號(hào)）。

A.增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率常數(shù)一定增大

B.第一步反應(yīng)的活化能小于第二步反應(yīng)的活化能

C.反應(yīng)的總活化能等于第一步和第二步反應(yīng)的活化能之和

(2)2NO2(g)N2O4(g)(△H<0)，用分壓（某組分的分壓等于總壓與其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的積）表示的平衡常數(shù)KP與(T為溫度)的關(guān)系如圖。

①能正確表示lgKP與關(guān)系的曲線是________（填“a”或“b”）。

②298K時(shí)，在體積固定的密閉容器中充入一定量的NO2，平衡時(shí)NO2的分壓為100kPa。已知KP =2.7×10－3 kPa－1，則NO2的轉(zhuǎn)化率為__________。

II．煙氣中氮氧化物的脫除

(3)以NH3為還原劑在脫硝裝置中消除煙氣中的氮氧化物。

主反應(yīng)：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H1

副反應(yīng)：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H2=－1267.1kJ/mol

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H3=－907.3 kJ/mol

①△H1＝____________。

②將煙氣按一定的流速通過(guò)脫硝裝置，測(cè)得出口NO的濃度與溫度的關(guān)系如圖1，試分析脫硝的適宜溫度是______（填序號(hào)）。溫度超過(guò)1000 ℃，NO濃度升高的原因是________。

a．<850℃ b．900~1000℃ c．>1050 ℃

(4)以連二亞硫酸鹽(S2O42-)為還原劑脫除煙氣中的NO，并通過(guò)電解再生，裝置如圖2。陰極的電極反應(yīng)式為_________，電解槽中的隔膜為_______（填“陽(yáng)”或“陰”）離子交換膜。

Answer 1

【答案】 B a 35%（或35.1%或35.06%） -1626.9 kJ/mol b 溫度過(guò)高，NH3容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NO，使NO濃度升高。（或反應(yīng)溫度過(guò)高副反應(yīng)發(fā)生程度變大，產(chǎn)生更多的NO）（若答溫度過(guò)高主反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)適當(dāng)給分） 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 陽(yáng)

【解析】

(1)①根據(jù)k1、k2與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系計(jì)算分析；

②根據(jù)溫度與活化能、反應(yīng)速率的關(guān)系分析判斷；

(2)①該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，越小，平衡常數(shù)減��；

②利用同溫同體積，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比及分壓等于總壓乘以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算可得；

(3)①根據(jù)蓋斯定律，將上述熱化學(xué)方程式進(jìn)行疊加，可得相應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，進(jìn)而得到其反應(yīng)熱；

②脫硝效率越高，剩余的NO濃度越低，效果越好；

從溫度與化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物關(guān)系及化學(xué)平衡移動(dòng)分析判斷；

(4)根據(jù)圖中分析可知，離子交換膜允許陽(yáng)離子H+通過(guò)，為陽(yáng)離子交換膜，陰極區(qū)失去電子生成S2O42-。

(1) ①由于v(O2)=k1c2(NO)c(O2)，v(NO2)=k2c2(NO)c(O2)，k1與k2分別表示速率常數(shù)，則=，根據(jù)反應(yīng)方程式2NO(g)+O2(g) =2NO2(g)可知：，所以；

②A.反應(yīng)速率常數(shù)只與溫度有關(guān)，若增大壓強(qiáng)，反應(yīng)溫度不變，則反應(yīng)速率常數(shù)不變，A錯(cuò)誤；

B.第一步反應(yīng)是快反應(yīng)，說(shuō)明反應(yīng)的活化能低；第二步反應(yīng)為慢反應(yīng)，說(shuō)明反應(yīng)的活化能高，所以第一步反應(yīng)的活化能小于第二步反應(yīng)的活化能，B正確；

C.反應(yīng)的總活化能由慢反應(yīng)的活化能決定，對(duì)該反應(yīng)來(lái)說(shuō)，由第二步反應(yīng)的活化能決定，C錯(cuò)誤；

(2)①根據(jù)反應(yīng)方程式2NO2(g)N2O4(g)(△H<0)可知：該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，T增大，減小，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，Kp減小，增大，平衡正向移動(dòng)，Kp增大，所以表示Kp與關(guān)系的曲線是a；

②假設(shè)NO2開始投入的物質(zhì)的量為1mol，轉(zhuǎn)化率為x，用三段式計(jì)算

可逆反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)(△H<0)，

n(開始) 1mol 0

n(改變) x 0.5x

n(平衡) 1-x 0.5x

同溫同體積，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則P(NO2):P(N2O4)=(1-x):0.5x=100:P(N2O4)，則P(N2O4) =

因此，Kp==2.7×10－3 kPa－1，解之得x=0.35，所以NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為35.0%；

(3) ①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H1

②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H2=－1267.1 kJ/mol

③4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H3=－907.3 kJ/mol

將②×2-①，整理可得4NH3(g)+5O2(g) = 4NO(g)+6H2O(g) △H3=2△H2-①=－907.3 kJ/mol，2×(－1267.1kJ/mol)-△H1=－907.3 kJ/mol，解得△H1=-1626.9 kJ/mol；

②根據(jù)圖示可知在溫度為900~1000℃時(shí)，出口的NO的殘留濃度小，脫硝效率高，故合適選項(xiàng)是b；

溫度超過(guò)1000 ℃，NO濃度升高的原因是在高溫下會(huì)發(fā)生反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，反應(yīng)產(chǎn)生了NO，因此會(huì)導(dǎo)致NO的出口濃度高現(xiàn)象，并且該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，主反應(yīng)4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致NO的濃度增大；

(4)由圖中分析可知，離子交換膜允許陽(yáng)離子通過(guò)，因此離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜，由圖可知，陰極區(qū)通入液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以陰極區(qū)電極反應(yīng)式為2 SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O。