Question

霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。

（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应：C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO(g)       △H=QkJ·mol^-1。

在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下表。

①0～10min内，NO的平均反应速率v(NO)=____，T₁℃时，该反应的平衡常数K=____。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是____(填字母)。

a.加入一定量的活性炭             b.通入一定量的NO

c.适当缩小容器的体积            d.加入合适的催化剂

③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5∶3∶3，则Q____0(填“＞”、“=”或“<”)。

（2）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图甲所示。

①由图甲可知，SCR技术中的氧化剂为____，已知c(NO₂)∶c(NO)=1∶1时脱氮效果最佳，若生成1molN₂时反应放出的热量为QkJ。此时对应的脱氮反应的热化学方程式为____。

②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂和相应的温度分别为_____、_____。

Answer

0.042mol/(L·min) bc < NO、NO2 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)=2N2 (g)+3H2O(g) △H=−2Q kJ·mol−1 Mn 200℃左右

【解析】

（1）根据题给数据计算反应速率，根据平衡常数表达式及平衡移动原理分析解答；（2）根据题给信息书写热化学方程式；根据题给信息中反应条件分析解答。

（1）①分析图表数据，0∼10min内，NO的平均反应速率 ；化学平衡三段式列式计算平衡浓度：

K=，故答案为：0.042mol/(L·min)；；

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；

a.加入一定量的活性炭，反应物C是固体，对平衡无影响，故a不符合；

b.通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故b符合；

c.适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不移动，但个物质浓度增大，符合要求，故c符合；

d.加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故d不符合；故答案为：bc；

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3，，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，故Q<0，故答案为：<；

（2）①由图甲可知SCR技术中NH3与NO、NO2反应产物为N2和水，故氧化剂为NO、NO2，脱氮效果最佳时c(NO2):c(NO)=1:1，因此反应的热化学方程式为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)=2N2 (g)+3H2O(g) △H=−2Q kJ·mol−1；故答案为：NO、NO2；2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)=2N2 (g)+3H2O(g) △H=−2Q kJ·mol−1；

②根据图乙知Mn催化剂时，在200℃左右脱氮率最高，Cr作催化剂，500℃左右脱氮率最高，但二者的最高脱氮率差不多，使用Mn作催化剂需要的温度低，更经济，因此使用的最佳的催化剂和相应的温度分别为Mn、200℃左右；故答案为：Mn；200℃左右；