Question

【題目】氮的化合物既是重要的工業(yè)原料，也是主要的大氣污染來源，研究氮的化合物的反應(yīng)具有重要意義。

(Ⅰ)消除氮氧化物有多種方法。

(1)NH3 催化還原法：原理如圖所示

①若煙氣中 c(NO2)：c(NO)=1∶1，發(fā)生如圖甲所示的脫氮反應(yīng)時，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移1.5mol電子時放出的熱量為 113.8 kJ，則發(fā)生該脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________。

②圖乙是在一定時間內(nèi)，使用不同催化劑 Mn 和 Cr 在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑和相應(yīng)溫度分別為_________；使用 Mn 作催化劑時，脫氮率 b～a 段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是__________。

(2)直接電解吸收也是脫硝的一種方法。用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸。電解裝置如右下圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為__________。

(Ⅱ)氨是重要的化工原料，工業(yè)合成氨有重要現(xiàn)實意義。

(1)在773K時，分別將2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一個固定容積為1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)生成NH3，氣體混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)與反應(yīng)時間(t)的關(guān)系如圖所示。

①下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____(選填字母)。

a．v正(N2)=3v逆(H2) b．體系壓強(qiáng)不變

c．氣體平均相對分子質(zhì)量不變 d．氣體密度不變

②在此溫度下，若起始充入4.00mol N2和12.00mol H2，則反應(yīng)剛達(dá)到平衡時，表示 c(H2)～t的曲線上相應(yīng)的點為 ___(選填字母)。

(2)在373 K時，向體積為2L的恒容真空容器中充入0.40mol NO2，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g) H=-56.9kJmol-1，測得NO2的體積分?jǐn)?shù)[φ(NO2)]與反應(yīng)時間(t)的關(guān)系如下表：

t/min	0	20	40	60	80
φ(NO2)	1.0	0.75	0.52	0.40	0.40

①計算0～20min時，v(N2O4)=____________。

②已知該反應(yīng)v正(NO2)=k1c2(NO2)，v逆(N2O4)=k2c(N2O4)，其中k1、k2為速率常數(shù)，則373K時，=_________；改變溫度至T1時，k1=k2，則T1_______373K(填“＞”“＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)= 2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2 kJ/mol Mn，200°C(附近也算對) b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒達(dá)到化學(xué)平衡(反應(yīng)限度)，隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高； H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+ bc B 2×103mol/(L·min) 60 ＞

【解析】

(Ⅰ) (1)①若煙氣中 c(NO2)：c(NO)＝1:1，發(fā)生如圖甲所示的脫氮反應(yīng)時，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)＝2N2(g)+3H2O(g)，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移 1.5mol 電子時放出的熱量為 113.8kJ，電子轉(zhuǎn)移6mol放熱為455.2kJ，則標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變得到熱化學(xué)方程式；

②根據(jù)圖乙分析，考慮適合的溫度和高的脫氮率，據(jù)此選擇合適的催化劑；

(2)用6%的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，電解工作原理陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，參與物質(zhì)是硝酸來解答；

(Ⅱ) (1)①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變時，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；

②若起始充入4.00molN2和12.00molH2是充入2.00 molN2和6.00 molH2的2倍，相當(dāng)加壓、反應(yīng)速率加快、達(dá)到平衡狀態(tài)的時間縮短，但合成氨的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)、平衡正向移動，據(jù)此分析解答；

(2)①根據(jù)v=計算0～20min時的v(N2O4)；

②反應(yīng)達(dá)到平衡時，v正(NO2)=2v逆(N2O4)，即k1c2(NO2)=2k2c(N2O4)，所以=2×=2K，根據(jù)反應(yīng)三段式計算平衡時[φ(NO2)=0.4]各物質(zhì)的平衡濃度，代入平衡常數(shù)K=中計算K；該反應(yīng)正向放熱，升高溫度，K減小，降低溫度K增大。

(Ⅰ) (1)①若煙氣中 c(NO2)：c(NO)＝1:1，發(fā)生如圖甲所示的脫氮反應(yīng)時，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)＝2N2(g)+3H2O(g)，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移 1.5mol 電子時放出的熱量為 113.8kJ，電子轉(zhuǎn)移6mol放熱為455.2kJ，則標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變得到熱化學(xué)方程式為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)＝2N2(g)+3H2O(g)△H＝455.2kJ/mol；

②根據(jù)圖乙分析，200°C時Mn的催化效率更高，500°C時，Cr的催化效率更高，相比之下，200°C的耗能更少，則工業(yè)選取的最佳催化劑及相應(yīng)的溫度分別為：Mn、200°C；ba段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒達(dá)到化學(xué)平衡(反應(yīng)限度)，隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高；

(2)用6%的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，根據(jù)裝置圖，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，亞硝酸被氧化為硝酸，電極反應(yīng)式為H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+；

(Ⅱ) (1)①a．3v正(N2)=v逆(H2)的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，所以v正(N2)=3v逆(H2)的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b．該反應(yīng)正向體積減小，恒溫恒容條件下，反應(yīng)正向進(jìn)行、氣體物質(zhì)的量減小、壓強(qiáng)降低，所以體系壓強(qiáng)不變時達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；

c．體系中各物質(zhì)均為氣體，氣體質(zhì)量不變，該反應(yīng)正向體積減小，恒溫恒容條件下，反應(yīng)正向進(jìn)行、氣體物質(zhì)的量減小，氣體平均相對分子質(zhì)量增大，所以氣體平均相對分子質(zhì)量不變時達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

d．體系中各物質(zhì)均為氣體，氣體質(zhì)量不變，恒溫恒容條件下，氣體密度始終不變，所以氣體密度不變不能判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；

故答案為：bc；

②由圖可知，將2.00molN2和6.00molH2充入1L密閉容器中，達(dá)到平衡時，c(H2)=3mol/L，即E點；若起始充入4.00molN2和12.00molH2，是恒容容器中充入的2.00 molN2和6.00 molH2的2倍，相當(dāng)加壓、反應(yīng)速率加快、先達(dá)到平衡狀態(tài)，但加壓時平衡正向移動，使c(H2)小于6mol/L，故為B點；

(2)①設(shè)c(N2O4)=x，2NO2(g)N2O4(g)，則c(NO2)=2x，起始時c(NO2)=0.2mol/L，20min時[φ(NO2)]=0.75，即=0.75，x=0.04mol/L，020min時，v(N2O4)==2×103mol/(Lmin)；

②反應(yīng)三段式為：

平衡時φ(NO2)=0.4，=0.4，y=0.075mol/L，平衡常數(shù)K===30，反應(yīng)達(dá)到平衡時，v正(NO2)=2v逆(N2O4)，即k1c2(NO2)=2k2c(N2O4)，所以=2×=2K=60；2NO2(g)N2O4(g)△H=56.9kJmol1，升高溫度平衡常數(shù)減小，T1時k1=k2，則=1=2K′，平衡常數(shù)K′=0.5＜30，所以T1＞373K。