Question

【題目】李克強總理在《2018年國務院政府工作報告》中強調“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。”因此，研究煙氣的脫硝(除NOx)、脫硫(除SO2)技術有著積極的環保意義。

（1）汽車的排氣管上安裝“催化轉化器”，其反應的熱化學方程式為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50kJ·mol-1。T℃時，將等物質的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中，若溫度和體積不變，反應過程中(0~15min) NO的物質的量隨時間變化如圖。

①圖中a、b分別表示在相同溫度下，使用質量相同但表面積不同的催化劑時，達到平衡過程中n (NO)的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是___________。（填“a”或“b”）

②T℃時，該反應的化學平衡常數K=_______________；平衡時若保持溫度不變，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol，則平衡將_________移動。(填“向左”、“向右”或“不”)

③15min時，若改變外界反應條件，導致n (NO)發生圖中所示變化，則改變的條件可能是_______________________________________________ (任答一條即可)。

（2）在催化劑作用下，用還原劑[如肼(N2H4)]選擇性地與NOx反應生成N2和H2O。

已知200℃時：Ⅰ.3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJ·mol-1；

II. N2H4(g)+H2(g) =2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ·mol-1。

①寫出肼的電子式：____________________。

②200℃時，肼分解成氮氣和氫氣的熱化學方程式為：_____________________________。

③目前，科學家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝原理，其脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質量分數)的關系如下圖所示。

為達到最佳脫硝效果，應采取的條件是_________________________________________。

（3）利用電解裝置也可進行煙氣處理，如圖可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4+和SO42-，陽極的電極反應式為____________________________；物質A是______________ (填化學式)。

Answer 1

【答案】 b 5 L/mol 不 增加CO的物質的量濃度或減少生成物濃度或降溫等 N2H4(g)=N2(g)+2H2(g) ΔH=+50.7 kJ·mol-1 350℃左右、負載率3% SO2+ 2H2O-2e-=SO42-+4H+ H2SO4

【解析】分析：(1)我們知道物質的表面積對反應速度有影響，同樣催化劑的表面積也影響催化效率；利用圖象中NO的數據，結合化學方程式即可算出平衡常數K；當溫度不變時，K值也不變，利用濃度商與K做比較，即可判斷平衡的移動方向；根據外界條件對化學平衡的影響可分析出n(NO)減小的原因；(2)利用蓋斯定律可得肼分解的熱化學方程式；由圖象信息即可分析出最佳脫硝效果的條件。(3)根據題目所給物質的轉化關系，結合電解原理解答。

詳解：(1) ①由圖象可知，曲線a變化慢，即反應速率慢，曲線b變化快，即反應速率快，催化劑的表面積越大，催化效率越高，反應速率越快，所以表示催化劑表面積較大的曲線是b；②已知n起(NO)= n起(CO)=0.4mol, n平(NO)=0.2mol，則平衡時c平(NO)=c平(CO)=0.1mol/L，c平(CO2)=0.1mol/L，c平(N2)=0.05mol/L，故K== =5 L/mol；若保持溫度不變，則K值不變，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol時，其Qc= =K，所以平衡不移動；③15min時，反應物NO的物質的量迅速減小，但不是突然變小，可能的原因是增大了CO的濃度或減小了生成物的濃度，使平衡正向移動，由于反應是放熱反應，也可能是降低溫度使平衡正向移動。

(2) ①肼的電子式為；②根據蓋斯定律，反應Ⅰ-2×反應Ⅱ即得N2H4(g)=N2(g)+ 2H2(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2=+50.7 kJ·mol-1；③分析圖象信息可知，負載率過高或過低，脫硝率都不是最高的，而溫度過低或過高，脫硝率也不是最高的，只有在350℃左右，負載率為3.0%時脫硝率最高。

(3)根據題目敘述，結合裝置可知陽極反應物為SO2，生成物為SO42-，所以陽極反應式為SO2+ 2H2O-2e- =SO42-+4H+，而陰極反應為NO+H++5e- =NH4++H2O，所以總反應式為2NO+5SO2+8H2O==(NH4)2SO4+4H2SO4，由此反應方程式可知，裝置中的物質A是H2SO4。