Question

治理SO₂、CO、NO_x污染是化学工作者研究的重要课题。

Ⅰ．软锰矿(MnO₂)、菱锰矿(MnCO₃)吸收烧结烟气中的SO₂制取硫酸锰。pH值对SO₂ 吸收率的影响如图所示。在吸收过程中，氧气溶解在矿浆中将 H₂SO₃氧化成硫酸。

（1）SO₂的吸收率在pH＝_____效果最佳，MnO₂所起的作用是_______，菱锰矿作为调控剂与硫酸反应， 确保pH的稳定，该反应的化学方程式为___________。

Ⅱ．沥青混凝土可作为2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)反应的催化剂。图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。

（2）CO转化反应的平衡常数K(a)____K(c)(填“>”“<”或“＝”，下同)，在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率___α型，e点转化率出现突变的原因可能是______。

Ⅲ．N₂H₄是一种具有强还原性的物质。燃烧过程中释放的能量如下：(已知a>b)

① N₂H₄(g)＋2O₂(g) == NO₂(g)＋1/2N₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH₁＝a kJ·mol^－1

② N₂H₄(g)＋2O₂(g) == 2NO(g)＋2H₂O(g)  ΔH₂＝b kJ·mol^－1

（3）已知反应活化能越低，反应速率越大。假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v₁)大于反应Ⅱ的速率(v₂)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是______。

（4）试写出NO(g)分解生成N₂(g)和NO₂(g)的热化学方程式为_____________。

Ⅳ．某含钴催化剂可以催化消除柴油车尾气中的碳烟(C)和NO_x。不同温度下，将模拟尾气（成分如下表所示）以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物（CO₂、N₂、N₂O）与NO的相关数据结果如下图所示。

模拟尾气	气体(10mol)	碳烟
NO	O2	He
物质的量(mol)	0.025	0.5	9.475	n

（5）375℃时，测得排出的气体中含0.45 molO₂和0.0525mol CO₂，则Y的化学式为_____。实验过程中不采用NO₂的模拟NO_x原因是_________。

Answer

3 氧化剂 MnCO3＋H2SO4== MnSO4＋CO2↑＋H2O > > 温度升高后催化剂失去活性 a 2NO(g)===1/2N2(g)＋NO2(g) ΔH＝(a－b) kJ·mol－1 N2O 因常温下有2NO2N2O4会导致一定的分析误差

【解析】

本题主要考察了氧化还原反应原理，热反应方程式书写，催化剂性质和化学平衡常数与转化率性质。

（1）由题可知，SO2的吸收率在pH＝3时效果最佳；软锰矿(MnO2)吸收SO2制取硫酸锰MnO2，二氧化硫发生氧化反应，故MnO2所起的作用是氧化剂，菱锰矿与硫酸反应，确保pH的稳定，该反应的化学方程式为. MnCO3＋H2SO4== MnSO4＋CO2↑＋H2O；

（2）由图可知，温度升高，CO转化率减小，反应逆向移动，故a温度低于c，K(a)>K(c)；可逆反应达到平衡时，转化率最大，故图中b、c点到达平衡，在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率大于α型；反应过程存在催化剂，故e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性；

（3）已知反应活化能越低，反应速率越大。假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，则反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，且0>a>b则示意图正确的是a；

（4）根据盖斯定律，反应①-反应②：2NO(g)===1/2N2(g)＋NO2(g) ΔH＝(a－b) kJ·mol－1；

（5）模拟尾气中NO的物质的量是0.025mol，而图中参与反应生成的X和Y的NO的物质的量是0.025mol×（8%+16%）=0.006mol，模拟尾气中的氧气物质的量是0.5mol，测得排出的气体中含有0.45mol的氧气，说明实际参与反应的氧气的物质的量为0.05mol，同时测得0.0525mol二氧化碳。根据氧守恒可知，N2O的物质的量是0.05×2+0.06-0.0525×2=0.001mol，根据氮守恒可知，N2的物质的量是0.003-0.001=0.002mol，所以16%对应的是氮气，8%对应的是N2O，故Y是N2O；

（6）实验过程中不采用NO2的模拟NOx原因是存在双聚平衡2NO2N2O4，所以无纯的二氧化氮。