Question

大气中NO_x、SO₂等污染物的有效去除和资源的充分利用是当今社会的重要研究课题，目前采用的方法如下：

I.直接转化法：利用高效催化剂将汽车尾气直接转化为无毒物质。

已知：N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)△H₁＝＋180kJ·mol^－1

(1)利用固体表面催化工艺将NO分解为N₂、O₂而消除污染。

用分别表示N₂、NO、O₂和固体催化剂，在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是________________________(填字母序号)。

(2)利用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NO直接转化成无毒物质N₂、CO₂。

①已知：C(s)、CO(g)的燃烧热分别为393kJ·mol^－1、283kJ·mol^－1，写出NO(g)与CO(g)催化转化成N₂(g)和CO₂(g)的热化学方程式________________________。

②为研究上述反应，某学习小组在密闭容器中充入10molCO和10molNO，发生上述①所写反应，实验测得平衡时NO的体积分数随温度、压强的关系如图。

a.某温度下的平衡状态D点，若同时采取缩小容器体积和降低温度，重新达到平衡状态时，可能到达图中A～G点中的________________________点。

b.当压强为10MPa、温度为T时的平衡常数K_p＝________________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；保留3位有效数字)。

II.催化还原法：利用还原剂在催化剂的作用下将氮氧化物转为无毒物质N₂、CO₂。

(3)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物。

某研究小组在2L的恒容密闭容器中加入一定量的NO和足量的固体活性炭，发生反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如表：

①该反应的正反应为________________________(填“吸热”或“放热”)反应。

②350℃时，反应达到平衡后向恒容容器中再充入0.100molNO，再次达到平衡后，N₂的体积分数应为________________________。

A.0.5B.0.25C.介于0.25和0.5之间D.无法确定

III.电解法：利用电解的方法将氨氧化物转化为有用物质，从而达到资源的回收利用。

(4)如图所示的电解装置，可将雾霾中的NO₂、SO₂转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用，回答下列问题：

①阴极的电极反应式为________________________。

②上图中A物质是________________________。

Answer

C 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1 G 0.474MPa－1 放热 B NO2＋8H+＋7e－===＋2H2O H2SO4或硫酸

【解析】

根据化学反应中键的断裂与形成过程中能量变化形式判断；根据盖斯定律分析判断；根据在密闭容器中充入10molCO和10molNO，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；结合温度对平衡的影响分析；根据电解原理分析判断，其中电解池的阴极发生还原反应。

I．(1)化学反应过程中存在键的断裂和键的形成，其中断裂化学键吸热，形成化学键放出能量，在NO分解为N2、O2的过程中，C过程是形成化学键，释放能量，则此时能量状态最低；

(2) ①已知：①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)△H1＝＋180kJ·mol－1，C(s)、CO(g)的燃烧热分别为393kJ·mol－1、283kJ·mol－1，则：②C(s)+ O2(g)＝CO2(g) ΔH2=-393kJ·mol－1，③CO(g) + O2(g)＝CO2(g) ΔH3=-283kJ·mol－1，根据盖斯定律可知③×2-①可得2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，此反应的ΔH＝(-283kJ·mol－1)×2-(＋180kJ·mol－1)=－746kJ·mol－1，即NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1；

②a．已知2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746kJ·mol－1，缩小容器体积，即增大压强，平衡向正反应方向移动，降低温度，平衡正向移动，平衡体系中NO的体积分数降低，重新达到平衡状态时，可能是图中G点；

b．当压强为10MPa、温度为T1平衡时NO的体积分数为25%；

×100%=25%，解得：x=mol，平衡混合气体的总物质的量为20-x=mol；该温度下的平衡常数Kp＝=0.474MPa－1；

II．(3)①由表中数据可知升高温度剩余NO较多，说明升高温度抑制反应向正向移动，则正反应为放热反应；

②350℃时，原平衡体系中N2的体积分数为=25%；对反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)，由于反应前后气体的分子数不变，则增大压强平衡不移动，反应达到平衡后向恒容容器中再充入0.100 mol NO，相当于增大压强，则平衡不移动，混合气中NO的百分含量不变，即仍为25%，故答案为B；

III．(4)①与电源负极相连的极为阴极，NO2在阴极区发生还原反应生成NH4+，则电极反应式为NO2＋8H+＋7e－===＋2H2O；

②SO2在电解池的阳极表面发生氧化反应，电极反应式为SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+，总反应式为

2NO2+10H2O+7SO2=(NH4)2SO4＋6H2SO4，则图中A物质是硫酸。