Question

【題目】大氣污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題。

（1）汽車尾氣中的CO、NOx、碳氫化合物是大氣污染物。

①使用稀土等催化劑能將CO、NO轉化成無毒物質。

已知：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)=2CO(g)　 ΔH2＝－221 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)=CO2(g)　 ΔH3＝－393.5 kJ·mol－1

寫出NO(g)與CO(g)催化轉化成N2(g)和CO2(g)的熱化學方程式：_____________________。

②醛類、O3、PAN(過氧硝酸乙酰)等污染物氣體和顆粒物所形成的煙霧稱為光化學煙霧。某研究性學習小組為模擬光化學煙霧的形成，用紫外線照射裝在密閉容器內的被污染空氣樣品，所得物質的濃度隨時間的變化如圖1所示。請你根據(jù)光化學煙霧的形成原理，對減少光化學煙霧的發(fā)生提出一個合理建議：________________________________。

圖1 圖2

（2）利用NH3催化還原氮氧化物(SCR技術)是目前應用廣泛的煙氣脫硝技術。SCR技術的主要反應之一為4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1627.2 kJ·mol－1。NO和NH3在有氧條件及Ag2O催化作用下，當反應溫度升高到550～700 ℃，NO轉化率明顯下降，NO2產率明顯上升(見圖2)的可能原因是__________________________。(用化學方程式表達)

（3）目前，科學家還在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機理示意圖如圖3，脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質量分數(shù))的關系如圖4所示。

圖3 圖4

①寫出該脫硝原理總反應的化學方程式_____。（已知NO與C2H4體積比為3:1）

②為達到最佳脫硝效果，應選擇的條件是_________________________________。

（4）NO(g)與CO(g)催化轉化成N2(g)和CO2(g)的反應達到平衡后，20min時，若改變反應條件，導致N2濃度發(fā)生如下圖5所示的變化，則改變的條件可能是________(填字母)。

A．加入催化劑　 B．降低溫度　 C．增加CO2的量 D．縮小容器體積

圖5 圖6

（5）在一定條件下，將SO2和NO2通入絕熱恒容密閉容器中，發(fā)生反應：SO2(g)+NO2(g) SO3(g) +NO(g)，正反應速率隨時間變化如圖6所示。由圖可得出的正確結論是___(填字母)

A．反應在c點達到平衡狀態(tài)

B．反應物濃度：b點小于c點

C．反應物的總能量低于生成物的總能量

D．△t1=△t2時，SO2的轉化率：a～b段小于b～c段

Answer 1

【答案】2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 減少機動車有害尾氣的排放 4NH3＋7O24NO2＋6H2O 6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O 約為350 ℃、負載率3.0% B D

【解析】

（1）①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1①

2C(s)＋O2(g)=2CO(g)　 ΔH2＝－221 kJ·mol－1②

C(s)＋O2(g)=CO2(g)　 ΔH3＝－393.5 kJ·mol－1③

方程式③×2-②-①得2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，

故答案為：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ/mol；

②由圖可知，隨著時間的加長，烴類、氮的氧化物逐漸轉化為醛、PAN、臭氧，會形成光化學煙霧，減少光化學煙霧的發(fā)生，可減少氮的氧化物的排放，如減少機動車有害尾氣的排放；

（2）反應4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1627.2 kJ·mol－1是放熱反應，升溫平衡逆向移動，溫度升高時還會發(fā)生氨氣的催化氧化反應生成NO2，反應方程式：4NH3＋7O24NO2＋6H2O；

(3) ①根據(jù)圖3可以知道，在催化劑的作用下，C2H4與NO、O2反應最終生成N2、CO2、H2O，乙烯與NO的體積比為1:3，根據(jù)得失電子守恒，反應總方程式為6NO+3O2+ 2C2H43N2+4CO2+4H2O；

②由圖可以知道，b曲線的最高點處，脫硝率高，負載率低，適宜的條件為約為350 ℃、負載率3.0%；

(4) A.加入催化劑，反應速率加快，平衡不移動，N2濃度不可能增大，A不可能；

B.降低溫度，平衡正向移動，N2濃度增大，反應速率減慢，B可能；

C.增加CO2的量，平衡逆向移動，N2濃度減小，C不可能；

D.縮小容器體積，瞬間N2濃度增大，D不可能；

答案選B。

(5)A、反應在c點時υ正達最大值，隨后υ正逐漸減小，并非保持不變，故c點時反應未達平衡狀態(tài)，選項A錯誤；

B、開始時通入SO2和NO2，反應由正反應方向開始，故b點反應物的濃度大于c點，選項B錯誤；

C、在c點之前，反應物的濃度逐漸減小，容器的容積保持不變，υ正逐漸增大說明反應的溫度逐漸升高，該反應為放熱反應，反應物的總能量高于生成物的總能量，選項C錯誤；

D、由υ正變化曲線可知，a～b段的正反應速率小于b～c段的正反應速率，Δt1＝Δt2時，a～b段消耗SO2的物質的量小于b～c段，故a～b段SO2的轉化率小于b～c段，選項D正確。

答案選D。