Question

【题目】李克强总理在《2018年国务院政府工作报告》中强调“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。”研究烟气的脱硝(除NOx)、脱硫(除SO2)有着积极的环保意义。

Ⅰ. 汽车排气管上安装“催化转化器”，其反应的热化学方程式为：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50kJ·mol-1。T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，若温度和体积不变，反应过程中(0~15min) NO的物质的量随时间变化如图。

（1）图中a、b分别表示在相同温度下，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n (NO)的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是______（填“a”或“b”）

（2）在a曲线所示反应中，0~10min内，CO的平均反应速率v(CO)=___________；T℃时，该反应的化学平衡常数K=_____________；平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol，则平衡将_________移动(填“向左”、“向右”或“不”)

（3）15min时, n (NO)发生图中所示变化，则改变的条件可能是_______（填序号）

A．充入少量CO B.将N2液化移出体系 C.升高温度 D.加入催化剂

Ⅱ. 已知有下列反应：

①5O2(g)+ 4NH3(g)6H2O(g)+ 4NO(g) △H1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2

③2NO(g)+ O2(g)2NO2(g) △H3

（1）若在高效催化剂作用下可发生8NH3(g)+ 6NO2(g) 7N2(g)+ 12H2O(g)的反应，对NO2进行处理则该反应的△H=__________（用△H1，△H2，△H3表示），△S______0

（2）某温度下，向某恒容密闭容器中充入一定量的NH3和NO2，按照（1）的原理模拟污染物的处理。若容器中观察到________________（填序号），可判断该反应达到平衡状态

A．混合气体颜色不再改变 B. 混合气体的密度不再改变

C．混合气体摩尔质量不再改变 D. NH3和NO2的物质的量之比不再改变

（3）将一定比例的O2、NH3和NO2的混合气体，匀速通入图(a)所示装有催化剂M的反应器中充分进行反应。

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图(b)所示。已知该催化剂在100～150℃时活性最高，那么在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢，其中去除率迅速上升段的主要原因是____________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________

Answer 1

【答案】b0.01mol/(L·min)5 L/mol不AB2△H1-7△H2-3△H3>AC温度升高和催化剂的高活性共同作用使得反应速率加快，去除率先迅速上升催化剂失活或者副反应程度的增大（氨气和氧气反应）

【解析】

I.（1）利用表面积增大，加快反应速率；（2）根据化学反应速率的数学表达式、化学平衡常数的定义、化学平衡常数与浓度商的关系进行分析；（3）从影响化学平衡移动因素进行分析；II.（1）根据热化学反应方程式的计算进行分析；（2）考查化学平衡状态的判断；（3）从化学反应条件的控制。

I.（1）表面积大，增加接触面积，加快反应速率，因此催化剂面积较大的曲线是b；（2）根据化学反应速率的数学表达式，v(CO)=(0.4－0.2)/(2×10)mol/(L·min)=0.01 mol/(L·min)；

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

起始浓度： 0.2 0.2 0 0

变化浓度： 0.1 0.1 0.1 0.05

平衡浓度： 0.1 0.1 0.1 0.05，根据平衡常数的表达式，=5；此时CO的浓度为0.2mol·L－1，CO2的浓度为0.2mol·L－1，代数上式，此时的浓度商为5，与化学平衡常数相等，即平衡不移动；（3）15min时，NO的物质的量减少，A、充入少量CO，增加反应物的浓度，平衡向正反应方向进行，NO的物质的量减少，故A错误；B、将N2移出，减少生成物浓度，平衡向正反应方向移动，NO的物质的量减小，故B正确；C、此反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，NO物质的量增加，故C错误；D、加入催化剂，平衡不移动，NO物质的量不变，故D错误；II.（1） 根据目标反应方程式，①×2－②×7－3×③，即△H=2△H1-7△H2-3△H3；生成物气体系数之和大于反应物气体系数之和，即此反应为熵增，△S>0；（2）A、NO2为红棕色气体，其余气体为无色，即当气体颜色不再改变，说明反应达到平衡，故A正确；B、是恒容状态，气体体积保持不变，组分都是气体，气体质量不再改变，因此密度始终保持不变，即密度不再改变，不能说明反应达到平衡，故B错误；C、反应前后气体系数之和不相等，即物质的量改变，组分都是气体，气体质量保持不变，根据M=m/n，因此平均摩尔质量不再改变，说明反应达到平衡，故C正确；D、氨气和NO2物质的量之比始终保持不变，因此不能作为达到平衡的标志，故D错误；（3）随着温度的升高，去除率迅速上升，主要原因是温度升高和催化剂的高活性共同作用使得反应速率加快，去除率先迅速上升；高于380℃，去除率迅速下降的原因是催化剂失活或者副反应程度的增大（氨气和氧气反应）。