Question

(1)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10 mol CO和8 mol NO发生反应，测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图。

①已知该反应在较低温度下能自发进行，则反应 2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂ (g)，ΔH______0（填“>” “=”或“<”）。

②该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和CO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 NO 的浓度  d．升高温度

(2)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，NO_x的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

解释在50 ℃～150 ℃范围内随温度升高，NO_x 的去除率迅速上升的原因是_______

(3)NH₃催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术：4NH₃(g)+6NO(g) 5N₂(g)+6H₂O(g)  ΔH<0。密闭容器中，在相同时间内，在催化剂 A作用下脱氮率随温度变化如图所示。

现改用催化能力稍弱的催化剂B进行实验，请在上图中画出在催化剂 B作用下的脱氮率随温度变化的曲线_________（不考虑温度对催化剂活性的影响）。

(4)某研究小组利用反应：C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)    △ H= -34.0 kJ/mol，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得 NO的转化率随温度的变化如图所示：

①由图可知，在 1050 K 前，反应中 NO的转化率随温度升髙而增大，其原因为____________； 在 1100 K 时，N₂的体积分数为____________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作 Kp )。在 1050 K、1.1×10⁶ Pa  时，该反应的化学平衡常数 Kp=____________（已知：气体分压(P分) =气体总压(Pa)×体积分数）

Answer

< bc 迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大 1050 K前反应未达到平衡状态，转化率没有达到最大值，随温度升高，反应速率加快，NO转化率增大 20% 4

【解析】

(1)①根据反应自发进行的依据判断；

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；

(2)在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低；

(3)脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小，B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，但平衡不移动，最终的脱氮率不变；

(4)①结合平衡状态特点：平衡时转化率最大，则1050 K前反应末达到平衡状态，升高温度，反应速率加快； 根据1100 K时NO的转化率为40%，利用物质反应转化关系计算出各种物质的物质的量，带入物质含量表达式即可求解；

②已知1050 K时NO的转化率为80%，设NO起始量为1 mol，根据物质反应转化关系计算各种物质的平衡物质的量，结合Kp表达式即可求解。

(1)①根据反应自由能公式△G=△H-T△S，若反应能够自发进行，则△G=△H-T△S<0，该反应的正反应是气体体积减小的反应，△S<0，反应在低温下可自发进行，则△H<0；

②根据上述分析可知：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2 (g)，ΔH<0；

a．改用高效催化剂加快反应速率，平衡不变，物质转化率不变，a错误；

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，b正确；

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，c正确；

d．升高温度，反应速率增大，由于该反应的正反应为放热反应，升温平衡逆向进行，NO的转化率减小，d错误；

故合理选项是bc；

(2)在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低，根据图知，迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升阶段缓慢主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大但是催化剂活性下降；

(3)300℃前反应未达到平衡状态，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小．B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变，所以图象为；

(4)①该反应的正反应是放热反应，反应从正反应方向开始，当达到平衡状态时反应物的转化率最高；1050 K前转化率没有达到最大值，即反应未达到平衡状态，随温度升高，反应速率加快，NO转化率增大；

在1100 K时，NO的转化率为40%，设起始量NO为2 mol，则根据反应方程式可知平衡时NO的物质的量为n(NO)=2 mol×(1-40%)=1.2 mol，n(N2)=n(CO2)=△n(NO)= ×2 mol×40%=0.4 mol，所以平衡时N2的体积分数为×100%=20%；

②由图可知1050K时，NO的转化率为80%，设NO起始量为1 mol，则根据物质反应转化关系可知平衡时各种物质的物质的量分别为：n(NO)=1 mol×(1-80%)=0.2 mol，n(N2)=n(CO2)=△n(NO)= ×1 mol×80%=0.4 mol，气体的物质的量的比等于气体所占的压强比，平衡常数压强表示的平衡常数Kp==4。