Question

研究NO_x、CO_x的消除和再利用对改善生态环境、构建生态文明具有重要的意义。

Ⅰ.反应N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)△H₁=+180.5kJ·mol^-1，汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生反应2NO(g)+2CO(g)=N₂(g)+2CO₂(g)△H₂。

(1)已知CO的燃烧热为283.0kJ·mol^-1，则△H₂=___。

(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用和分别表示O₂、NO、N₂和固体催化剂，在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸过程中的能量状态最低的是__(填字母序号)。

(3)另一研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内脱氮率(即NO的转化率)随温度的变化关系如图1所示。图中低于200℃，脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是___；a点(填“是”或“不是”)__对应温度下的平衡脱氮率，理由是__。

Ⅱ.向容积可变的密闭容器中充入1molCO和2.2molH₂，在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)△H＜0，平衡时CO的转化率随温度、压强的变化情况如图2所示。

(4)反应速率：N点v_正(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)__M点v_逆(CO)。

(5)M点时，H₂的转化率为__(计算结果精确到0.1%)；用平衡分压代替平衡浓度计算该反应的平衡常数K_p=__(用含p₁的最简表达式表达，分压=总压×物质的量分数)。

(6)不同温度下，该反应的平衡常数的对数值(lgK)如图3所示，则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lgK与温度(T)的关系的是___(填字母符号)。

Answer

−746.5 C 温度较低时，催化剂的活性偏低 不是 因为该反应为放热反应，a点对应温度的平衡脱氮率应高于40% 小于 54.5% B、E

【解析】

Ⅰ(1)根据盖斯定律计算解答；

(2) 结合固体催化剂的机理图解答，N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H＝+181.5kJ⋅mol−1，整个反应为2NON2+O2，反应为放热反应；

(3)催化剂在低温下活性不大，反应随温度变化速率变化不大，图象分析可知a点不是对应温度下的平衡脱氮率；

Ⅱ(4)根据结合图示，比较N、M点的温度，根据温度对化学平衡状态的影响分析判断；

(5)M点时，CO的转化率为60%，以此计算平衡时各物质的浓度，可计算氢气的转化率以及平衡常数；

(6)由图乙可知升高温度，转化率减小，则平衡逆向移动，平衡常数减小。

Ⅰ(1)已知：CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1，热化学方程式：①CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ/mol，

②N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180.5kJ/mol，

盖斯定律计算①×2−②得到2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H2=−746.5kJ/mol；

(2)从机理图可以看出，首先A状态中，NO被吸附到催化剂表面，B状态为NO变成N原子和O原子，这个过程为断键需要吸收能量，C状态为N原子和N原子结合变成N2，O原子和O原子结合变成O2，这个过程为成键过程，需要放出能量，则从整个反应过程来看，反应是2NON2+O2，由题中信息可知，此反应的逆反应是吸热反应，则此反应是放热反应，反应焓变△H＜0，可见生成物状态时，体系能量最低，能量状态最低的是C；

(3)图象分析可知a点不是对应温度下的平衡脱氮率；温度较低时，催化剂的活性偏低；不是平衡脱氮率，因为该反应为放热反应，根据线II可知，a点对应温度的平衡脱氮率应高于40%；

Ⅱ(4)升高温度和增大压强均可加快反应速率，根据图示，M点的温度和压强均高于N点，在平衡状态下，正反应速率等于逆反应速率，则反应速率：N点v正(CO)小于M点v逆(CO)；

(5)M点时，CO的转化率为60%，则列“三段式”：

则氢气的转化率为×100%=54.5%，Kp==；

(6)由图2可知，升高温度，CO的转化率减小，则该平衡逆向移动，平衡常数减小，则B、E符合。