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雾霾由多种污染物形成,包含颗粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、CO、SO2...

雾霾由多种污染物形成,包含颗粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)COSO2等。化学在解决雾霾污染问题中有着重要的作用。

(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)H1=566.0kJ·mol1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)H2=+64kJ·mol1

反应2NO2(g)+4CO(g=N2(g)+4CO2(g)__________(填“高温”或“低温”)条件下能自发进行。

(2)研究发现利用NH3可除去硝酸工业尾气中的NONH3NO的物质的量之比分别为1211.531时,NO脱除率随温度变化的曲线如图1所示。

①曲线a中,NO的起始浓度为6×104mg·m3,若从X点到Y点经过20s,则该时间段内NO的脱除速率为_________mg·m3·s1

②曲线c对应的NH3NO的物质的量之比是________,其理由是__________

(3)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化氧可以快速氧化SO2。活化过程中的能量变化模拟计算结果如图2所示。无水情况下,一个氧分子的活化能为__________,容易活化氧分子的条件是_________(填“有水”或“无水”)

(4)若反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v=kc2(NO)·c2(CO)v=kc(N2)·c2(CO2)kk分别为正、逆反应速率常数,c为物质的量浓度。一定温度下,在体积为1L的恒容密闭容器中加入4molNO4molCO发生上述反应,测得COCO2的物质的量浓度随时间的变化如图3所示。

a点时,vv=_____________

②测得平衡时体系压强为pKP为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则平衡常数KP=____________(用含p的式子表示)

(5)某研究小组探究该反应中催化剂对脱氮率(NO的转化率)的影响。将等物质的量的NOCO以一定的流速分别通过催化剂ab,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。相同时间、不同温度下测得使用催化剂a时脱氮率与温度的关系如图4中曲线Ⅰ所示。已知催化效率ba,催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡)。请在图4中画出使用催化剂b时所对应的曲线(300℃开始画)_______________

 

低温 6×10-6 1:2 温度相同时,NH3与NO物质的量的比值越小,NO的脱除率越小 0.75eV 有水 1:160(或0.00625) (450℃时曲线最高点不超过M点) 【解析】 根据盖斯定律,可求出反应的焓变,根据自发反应条件:ΔH-TΔS<0判断该反应要在低温条件下才能自发进行; 脱除速率为:变化的质量浓度/变化的时间;温度相同时,NH3与NO的物质的量的比值越小,NO的脱除率越小; 活化氧分子的活化能越低,越容易活化氧分子; 根据平衡时的三段式及平衡时v逆=v正可算出,再根据a点时的三段式的数据可计算出v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=; 催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡),其脱氮率最大,可画出所对应的曲线。 (1)由反应①和②,根据盖斯定律,可求出反应2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)的焓变为-1196 kJ·mol-1<0,是一个熵减的反应,所以ΔS<0,根据自发反应条件:ΔH-TΔS<0,所以该反应要在低温条件下才能自发进行; (2)①曲线a中,NO的起始浓度为6×10-4mg·m-3,若从X点到Y点经过20s,则该时间段内NO的脱除速率为:mg·m-3·s-1; ②温度相同时,NH3与NO的物质的量的比值越小,NO的脱除率越小,所以a,b,c曲线对应的NH3与NO的物质的量之比分别为:3:1、1:1.5、1:2,所以曲线c对应的NH3与NO的物质的量之比是1:2; (3)由图可知,无水情况下,一个氧分子的活化能为为0.75eV,从图中的数据可以看出,在有水条件下,活化氧分子的活化能较低,所以容易活化氧分子的条件是有水条件; (4)①a点时,列出三段式为: 因为CO和CO2的物质的量浓度相等,即4-x=x,解得x=2; 平衡时有: 根据平衡时的三段式及平衡时v逆=v正可算出,则a点时v逆:v正= k逆c(N2)·c2(CO2):k正c2(NO)·c2(CO)=; ②平衡时体系压强为p,KP为用气体分压表示的平衡常数,物质的总浓度为0.8+0.8+1.6+3.2=6.4 mol/L,根据分压=总压×物质的量分数,则平衡常数KP=; (5)催化剂b的活性在450℃时最大(未达平衡),在图4中使用催化剂b时所对应的曲线如图:。  
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