Question

氮的氧化物(NOx)是大气主要污染物，有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

（1）N₂O又称笑气，有轻微的麻醉作用，N₂O在一定条件下可分解为N₂、O₂。回答下列问题：

已知：①N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)    △H₁=+180.5kJ・mol^-1

②2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)    △H₂=-114.14kJ・mol^-1

③3NO(g)=N₂O(g)+NO₂(g)    △H₃=-115.52kJ・mol^-1

则反应2N₂O(g)=2N₂(g)+O₂(g)  △H=_______ kJ・mol^-1

（2）汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10molCO和8molNO发生反应,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如下图

①已知T₂>T₁，则反应2NO(g)+2CO(g)N₂₍g)+2CO₂(g)，△H___0（填“>”“=”或“<”）

②该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和NO的转化率，可采取的措施有____(填字母序号)

a．改用高效催化剂   b．缩小容器的体积    c．增加CO的浓度   d．升高温度

③压强为10MPa、温度为T₁下，若反应进行到20min达到平衡状态，此时容器的体积为4L，则用N₂的浓度变化表示的平均反应速率v（N₂)=____，该温度下用分压表示的平衡常数K_p= ___MPa^-1(分压=总压×物质的量分数)。

④在D点，对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中____点。

（3）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH₃与NO_x反应生成N₂，将一定比例的O₂、NH₃和NO_x的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应，反应相同时间，NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

①在50℃~150℃范围内随温度升高，NOx的去除率迅速上升的原因是____。

②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

-244.1 ＜ bc 0.025 mol·L-1·min-1 4/45（或0.089) A 催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快 催化剂活性下降（或NH3与O2反应生成了NO）

【解析】

（1）根据盖斯定律计算△H；

（2）①可逆反应升高温度平衡向吸热反应方向移动；

②为提高反应速率同时提高NO的转化率，需要改变条件平衡正向进行；

③在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，压强为10MPa、温度为T1下，若反应进行到20min达到平衡状态，NO体积分数为25%，结合三行计算列式计算，v（N2）=△c/△t，该温度下平衡常数Kp=生成物平衡分压幂次方乘积/反应物平衡分压幂次方乘积；

④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小，则平衡会正向移动，NO的体积分数增大；

（3）①在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低；

②在温度、催化剂条件下，氨气能被催化氧化生成NO。

（1）已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ・mol-1

②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H2=-114.14kJ・mol-1

③3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) △H3=-115.52kJ・mol-1

由盖斯定律可知，②-①2-③2得2N2O（g）=2N2（g）+O2（g），则△H=-114.14 kJ・mol-1 -（+180.5kJ·mol-1）2-（-115.52kJ・mol-1）2=-244.1kJ·mol－1，则反应2N2O (g)=2N2(g)+O2(g) △H=-244.1kJ・mol-1；

（2）①已知T2＞T1，由图示可知反应2NO（g）+2CO（g）2N2（g）+2CO2（g），升高温度后，平衡后NO的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向为吸热反应，则△H＜0；

②2CO（g）+2NO（g）N2（g+2CO2（g）△H＜0；

a．改用高效催化剂加快反应速率，平衡不变，转化率不变，故a不能同时提高反应速率和NO的转化率；

b．缩小容器的体积，体系内压强增大，反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故b能同时提高反应速率和NO的转化率；

c．增加CO的浓度反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故c能同时提高反应速率和NO的转化率；

d．升高温度反应速率增大，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，NO的转化率减小，故d不能同时提高反应速率和NO的转化率；故选bc；

③在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，压强为10MPa、温度为T1下，若反应进行到20min达到平衡状态，NO体积分数为25%，结合三行计算列式计算，设反应生成氮气物质的量为x，

2CO（g）+2NO（g）N2（g）+2CO2（g）△H=-749 kJ·mol－1；

起始量（mol） 10 8 0 0

变化量（mol） 2x 2x x 2x

平衡量（mol） 10-2x 8-2x x 2x

（8-2x）/(10-2x＋8-2x+x+2x)×100%=25%，x=2mol，v（N2）=△c/△t=2mol/(4L×20min)=0.025 mol·L-1·min-1；

平衡气体总物质的量=16mol，该温度下平衡常数Kp= =0.089（MPa）-1；

④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小，则平衡会逆向移动，NO的体积分数增大，重新达到的平衡状态可能是图中A点；

（3）在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低，根据图知：

①催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快.

②在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性下降；（或在温度、催化剂条件下，氨气能被催化氧化生成NO），

即：当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能催化剂活性下降（或NH3与O2反应生成了NO）。