Question

【題目】汽車尾氣中CO、氮氧化物（NOx）嚴(yán)重影響人們的生活和健康，化學(xué)工作者對(duì)氮氧化物的處理做了廣泛而深人的研究。

I．利用甲烷還原NOx

①CH4(g)+4N02(g)=4NO(g)+C02(g)+2H2O(g) △H1＝-574kJ/mol；

②CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H2O(g) △H2＝-1160kJ/mol。

(1)甲烷直接將N02 還原為N2的熱化學(xué)方程式為_________。

(2)在恒容（2L）密閉容器中充入lmolCH4和2molNO2進(jìn)行（1）中反應(yīng)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率 (CH4)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖甲所示。

①若容器中的壓強(qiáng)為p2, y點(diǎn)：v正_____v逆（填“大于”“等于”或“小于”）。

②圖中壓強(qiáng)由大到小為______，理由是____________________。

③ x 點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。

II．某研究小組以Ag—ZSM—5為催化劑模擬汽車尾氣的處理，實(shí)現(xiàn)NO和CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體，同時(shí)利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱NO和CO。實(shí)驗(yàn)測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖乙所示。

（1）低于773K時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率______（填“是”或者“不是”）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，判斷理由是_______，高于773K，NO的轉(zhuǎn)化率降低的可能原因是______（填序號(hào)）。

A．平衡常數(shù)變大 B．催化劑的活性降低 C．反應(yīng)活化能增大

（2）為提高汽車尾氣中NO的轉(zhuǎn)化率，除了改變溫度、壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有____________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ/mol 大于 p2＞p 1 化學(xué)反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)溫度相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率減小，故p 2＞p 1 0.25mol/L 不是 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而減小 B 催化轉(zhuǎn)化之前除去汽車尾氣中的水蒸氣

【解析】I．（1）已知：①CH4(g)+4N02(g)=4NO(g)+C02(g)+2H2O(g) △H1＝-574kJ/mol；

②CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H2O(g) △H2＝-1160kJ/mol。

根據(jù)蓋斯定律可知①＋②即得到甲烷直接將NO2 還原為N2的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ/mol。

（2）①y點(diǎn)在曲線下方，要達(dá)到平衡狀態(tài)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，則y點(diǎn)：v正大于v逆。②化學(xué)反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)溫度相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率減小，故p 2＞p 1。③x點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率是0.5，則

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.5 1 0 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

平衡濃度（mol/L） 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

因此該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。

II．（1）由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而減小，因此低于773K時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率；正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡常數(shù)進(jìn)行，因此高于773K，NO的轉(zhuǎn)化率降低的可能原因是催化劑的活性降低，答案選B；（2）根據(jù)圖像可知存在水蒸氣時(shí)轉(zhuǎn)化率降低，因此為提高汽車尾氣中NO的轉(zhuǎn)化率，除了改變溫度、壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有催化轉(zhuǎn)化之前除去汽車尾氣中的水蒸氣。