Question

氮的化合物应用广泛，但其对环境造成污染进行治理已成为环境科学的重要课题。请回答下列问题：

（1）在汽车的排气管上加装催化转化装置可减少NO_x的排放。研究表明，NO_x的脱除率除与还原剂、催化剂相关外，还取决于催化剂表面氧缺位的密集程度。以(A、B均为过渡元素）为催化剂，用H₂还原NO的机理如下：

第一阶段：(不稳定)+H₂→低价态的金属离子(还原前后催化剂中金属原子的个数不变）

第二阶段：

……

注：□表示催化剂表面的氧缺位，g表示气态，a表示吸附态

第一阶段用氢气还原B⁴⁺得到低价态的金属离子越多，第二阶段反应的速率越快，原因是_________________。第二阶段中各反应关系在该温度下，NO脱除反应的平衡常数_________________ (用的表达式表示）。

（2）为研究汽车尾气转化为无毒无害的物质有关反应，在密闭容器中充入10molCO和8molNO,发生反应，如图为平衡时的体积分数与温度、压强的关系。

①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO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.升高温度d.增加CO的浓度

②压强为10MPa、温度为T₁下，若反应进行到20min达到平衡状态，容器的体积为4L，用CO₂的浓度变化表示的平均反应速率_________________，该温度下平衡常数Kp=_________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数;保留两位有效数字）。

（3）近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H₂可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，其工作原理如图所示

①Ir表面发生反应的方程式为_________________;若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是_________________。

Answer

还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，氧缺位增多，反应速率加快 bd 0.089MPa-1 若Pt颗粒增多，更多转化为存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，产生有污染的气体

【解析】

根据题中信息还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，则氢气需要增多，导致氢与氧结合后氧缺位增多，催化剂表面氧缺位的密集程度越多，反应速率越快，根据方程式变化分析平衡常数的乘除及平方，利用影响反应速率的因素和平衡移动分析，根据三段式建立关系进行计算速率和压强平衡常数，根据图中信息分析反应方程式和影响因素。

(1)第一阶段用氢气还原B4+得到低价态的金属离子越多，第二阶段反应的速率越快，原因是还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，则氢气需要越多，导致氢与氧结合后氧缺位增多，反应速率加快。第二阶段中各反应关系在该温度下，将第二阶段的第一个方程式乘以2，加上第二个、第三个方程式得到，方程式相加，平衡常数相乘，方程式二倍，则平衡常数为平方，即第一个平衡常数的平方乘以第二个第三个的平衡常数，因此NO脱除反应的平衡常数；故答案为：还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，氧缺位增多，反应速率加快；。

(2)①a．改用高效催化剂，只能提高速率，不能改变NO转化率，故a不符合题意；b．缩小容器的体积，相当于加压，速率增大，平衡正向移动，NO转化率提高，故b符合题意；c．升高温度，速率增大，平衡向吸热反应即逆向移动，NO转化率降低，故c不符合题意；d．增加CO的浓度，速率加快，平衡正向移动，NO转化率增大，故d符合题意；综上所述，答案为bd。

②，根据NO的体积分数为25%得，解得x=2mol，因此CO2的浓度变化表示的平均反应速率，该温度下平衡常数；故答案为：；0.089MPa-1。

(3)①Ir表面是氢气和一氧化二氮反应生成氮气和水，其反应的方程式为；若导电基体上的Pt颗粒增多，根据图中信息得出若Pt颗粒增多，更多转化为存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，产生有污染的气体；故答案为：若Pt颗粒增多，更多转化为存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，产生有污染的气体。