Question

【题目】研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1)已知：C(s)+O2(g)CO2(g) △H=－393.5kJ/mol

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

则C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的△H=___________ kJ/mol

(2)用焦炭还原NO2的反应为2 C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)，向两个容积均为2L、反应温度分别为T1℃、T2℃的恒温恒容密闭容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO2，测得各容器中n(NO2)随反应时间t的变化情况如图所示；

①T1___________T2(填“>”或“<”)，该反应为___________(填“放热”或“吸热”)反应。

②T2℃时，40～80min，用N2的浓度变化表示的平均反应速率为v(N2)=___________，此温度下的化学平衡常数K=___________。

③T2℃下，120min时，向容器中再加入焦炭和NO2各1mol，在t时刻达到平衡时，NO2的转化率比原平衡时___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)工业上消除氮氧化物的常用方法是SCR(选择性催化还原)脱硝法，反应原理为：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) △H<0

①SCR法除NO，投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是___________、___________。

当反应温度过高时，会发生以下副反应：2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g)；4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

②某科研小组通过系列实验，分析得出脱硝率与氨氮比[ NH3/NOx表示氨氮比]、温度的关系如图所示，从图一可以看出，最佳氨氮比为2.0，理由是______________________；由图二可知，当温度高于405℃后，脱硝率会逐渐减小，原因是______________________。

Answer 1

【答案】-573.5 > 放热 0.0025mol/(Lmin) 0.675mol/L 减小 降低温度 减小压强 氨氮比从2.0到2.2时，脱硝率变化不大；但氨的浓度增加较大，导致生产成本提高； 当温度过高时，还会发生副反应生成N2O和NO

【解析】

(1)将两个热化学方程式相减，就得到要求的反应的热化学方程式；

(2)①反应温度高，速率快，达到平衡需要的时间缩短分析；

②先计算出40-80分钟内v(NO2)，然后根据速率比等于方程式中化学计量数的比计算v(N2)；根据平衡常数的含义计算出T2时的K；

③利用等效平衡可以分析不等效平衡中反应物的转化率的变化；

(3)①根据该反应的正反应是气体体积增大的放热反应分析提高NO平衡转化率的因素；

②从平衡移动转化率及生产投资两方面分析；温度太高会发生副反应，导致产率降低。

(1) ①C(s)+O2(g)CO2(g) △H=－393.5kJ/mol；②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol，①-②式，整理可得C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的△H=-573.5kJ/mol；

(2)①在其它条件不变时，反应温度越高，化学反应速率就越快，达到平衡需要的时间就越短根据图示可知在温度为T1时先达到平衡，说明温度T1>T2；

②根据图像可知在40-80min内，NO2的物质的量改变了1.50mol-1.10mol=0.40mol，容器的容积为2L 所以v(NO2)=0.005mol/(Lmin)；根据2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) 可知：v(N2)=V(NO2)=×0.005mol/(Lmin)=0.0025mol/(Lmin)；

发生反应 2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)

c(始)mol/L 1 0 0

c(变)mol/L 0.60 0.30 0.60

c(平)mol/L 0.40 0.30 0.60

则在T2时的化学平衡常数K==0.675mol/L；

③T2℃下，120min时，向容器中再加入焦炭，由于焦炭是固体，不能使平衡移动；加入NO2 1mol，假设反应过程中容器中的压强保持原平衡的压强不变，则容器的体积会变大一些，达到平衡后可以建立与原平衡等效的平衡，二氧化氮的转化率不变，此时再把容器压缩到原容器的体积，则平衡向逆反应方向移动，NO2的转化率降低，因此，在t时刻达到平衡时，NO2的转化率比原平衡时减小；

(3)①反应4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H<0的正反应是气体体积扩大的放热反应，若在投料比不变时，若要提高NO平衡转化率，就要使化学平衡正向移动。可以降低反应体系的温度，也可以扩大容器的容积使体系的压强减小；

②根据图像可知：在氨氮比从2.0到2.2时，脱硝率增大，但脱硝率变化并不大；但氨的浓度增加较大，必然会导致生产成本提高；由图二可知，当温度低于405℃时，温度升高，脱硝率，但当温度高于405℃后，脱硝率反而逐渐减小，是因为当温度过高时，还会发生副反应生成N2O和NO。