Question

【題目】已知研究氮及其化合物的轉(zhuǎn)化對(duì)于環(huán)境改善有重大意義。

I．已知N2(g) +O2(g)=2NO(g) △H=+180.4 kJ/mol，

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O（l） △H= kJ/mol。

(1)用NH3消除NO污染的反應(yīng)為：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=_______。則該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是______________(填“高溫”或“低溫”)。

(2)不同溫度條件下，NH3與NO的物質(zhì)的量之比分別為4:1、3:1、1:3，得到NO脫除率曲線如圖所示。曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過(guò)2秒，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為_______mg/（L·s），在AB所在的曲線上當(dāng)溫度高于900℃時(shí)NO脫除率明顯降低的原因是_______________________________________________。

Ⅱ.用活性碳還原法也可以處理氮氧化合物，發(fā)生的反應(yīng)為2CO(g)+ 2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.8kJ/mol。

(3)在一恒容絕熱的密閉容器中，能表示上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________(填字母代號(hào))。

A．單位時(shí)間內(nèi)斷裂1 mol N≡N鍵的同時(shí)生成2 mol C=O鍵

B．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)保持不變

C．混合氣體的密度保持不變

D．c(NO):c(N2):c(CO2)=2:1:2

E．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

(4)向一恒容密閉容器中充入3mol CO和2mol NO，測(cè)得氣體的總壓為10MPa，在一定溫度下開(kāi)始反應(yīng)，10 min后達(dá)到平衡，測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率為75%，該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=____________（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

Ⅲ．用間接電化學(xué)法可對(duì)大氣污染物NO進(jìn)行無(wú)害化處理，其工作原理如圖所示，質(zhì)子膜允許H+和H2O通過(guò)。

(5)寫出吸收塔中的離子反應(yīng)方程式_____________________________________，反應(yīng)過(guò)程中若通過(guò)質(zhì)子交換膜的H+為1 mol時(shí)，吸收塔中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_____ L。

Answer 1

【答案】-1807.8 kJ/mol 低溫 0.03 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NO脫除率降低 BE 1.5MPa-1 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3- 5.6

【解析】

I．(1)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算并判斷；根據(jù)復(fù)合判據(jù)進(jìn)行反應(yīng)條件分析；

(2) 曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，根據(jù)圖象得到A、B兩處的NO脫除率，可得兩處NO的濃度，最后計(jì)算脫除速率；氨的催化氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行分析判斷；

Ⅱ. (3)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的質(zhì)量或濃度保持不變，據(jù)此進(jìn)行分析判斷；

(4)根據(jù)NO的轉(zhuǎn)化率為75%，可計(jì)算得到NO轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量，進(jìn)一步可計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用物質(zhì)的量的關(guān)系可得平衡時(shí)的總壓，最后利用分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算出各物質(zhì)的分壓，從而得到平衡常數(shù)；

Ⅲ．(5)吸收塔中通入的NO和S2O42-發(fā)生反應(yīng)，生成N2和HSO3-，據(jù)此書(shū)寫離子方程式；電解池的陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，即轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，有4molH+通過(guò)質(zhì)子交換膜，由此進(jìn)行計(jì)算；

I．(1)① N2(g) +O2(g)=2NO(g) △H1=+180.4 kJ/mol，②4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O△H2= kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律可知△H=△H2-5△H1= kJ/mol-5×(+180.4 )kJ/mol=-1807.8 kJ/mol；根據(jù)復(fù)合判據(jù)可知，H<0,S<0，該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫；

(2) 曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，那么NO的起始濃度為1×10- 5mol/L，A點(diǎn)的脫除率為55%，B點(diǎn)的脫除率為75%，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過(guò)2秒，該段時(shí)間內(nèi)NO的脫除速率為=0.03 mg/（L·s）；在AB所在的曲線上當(dāng)溫度高于900℃時(shí)NO脫除率明顯降低的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，因此NO脫除率降低；

Ⅱ. (3) A．單位時(shí)間內(nèi)斷裂1 mol N≡N鍵的同時(shí)生成2 mol C=O鍵，只有逆向反應(yīng)，沒(méi)有正向反應(yīng)，無(wú)法確定正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，因此不能證明達(dá)到平衡狀態(tài)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B．該反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)的總壓強(qiáng)保持不變時(shí)，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，B項(xiàng)正確；

C．在恒容體系中，反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，所以混合氣體的密度始終保持不變，不能證明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D．當(dāng)c(NO):c(N2):c(CO2)=2:1:2時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不能證明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；

E．該反應(yīng)為非等體積反應(yīng)，當(dāng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí)，能證明該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，E項(xiàng)正確；

答案選BE；

(4) 根據(jù)NO的轉(zhuǎn)化率為75%，可知NO轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為1.5mol，則有

2CO(g)+ 2NO(g) N2(g)+ 2CO2(g)

平衡時(shí)的總壓為10 MPa×=8.5 Mpa

那么KP==1.5 MPa-1；

Ⅲ．(5) 吸收塔中通入的NO和S2O42-發(fā)生反應(yīng)，生成N2和HSO3-，離子方程式為：2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-；電解池的陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，即轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，有4molH+通過(guò)質(zhì)子交換膜，因此當(dāng)通過(guò)質(zhì)子交換膜的H+為1 mol時(shí)生成氣體的物質(zhì)的量為0.25mol，故吸收塔中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L。