Question

【題目】工業(yè)上，常采用氧化還原方法處理尾氣中的CO、NO。

（氧化處理法）瀝青混凝土可作為反應(yīng)：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)的催化劑。

圖甲表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應(yīng)時間段下，使用同質(zhì)量的不同瀝青混凝土(α型、β型)催化時，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。

（1）在a、b、c、d四點中，未達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

（2）已知c點時容器中O2濃度為0.04mol·L-1，則50℃時，在α型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___(用含x的代數(shù)式表示)。

（3）下列關(guān)于圖甲的說法正確的是__。

A.CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K(a)＜K(c)

B.在均未達(dá)到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化速率比α型要大

C.b點時CO與O2分子之間發(fā)生有效碰撞的幾率在整個實驗過程中最高

D.e點轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性

（還原處理法）某含鈷催化劑可以催化消除柴油車尾氣中的碳煙(C)和NOx。不同溫度下，將模擬尾氣(含0.025molNO、0.5molO2和足量碳煙)以相同的流速通過該催化劑，測得所有產(chǎn)物(CO2、N2、N2O)與NO的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖乙所示。

（4）375℃時，測得排出的氣體中含0.45molO2和0.052molCO2，則Y的化學(xué)式為___。

（5）實驗過程中采用NO模擬NOx，而不采用NO2的原因是___。

（6）工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如圖：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括___和H++HCO3－ =CO2↑+H2O

②簡述CO32－在陰極區(qū)再生的原理：___。

Answer 1

【答案】a BD N2O 由于存在反應(yīng)2NO2N2O4會導(dǎo)致一定的分析誤差 4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑) HCO3－ 與陰極水電解所生成的OH-反應(yīng)（或結(jié)合）生成CO32－

【解析】

（1）圖象分析可知b點反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，升溫平衡逆向進(jìn)行；

（2）列出三段式，根據(jù)平衡常數(shù)K=進(jìn)行計算；

（3）根據(jù)圖象結(jié)合影響平衡的因素進(jìn)行分析；

（4）根據(jù)氮原子守恒和氧原子守恒進(jìn)行計算；

（5）二氧化氮與四氧化二氮之間存在雙聚平衡，所以無純的二氧化氮；

（6）①陽極區(qū)還原劑失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，首先是水電離的OH－失電子生成O2，產(chǎn)生的H＋又與HCO3－反應(yīng)生成CO2；

②陰極區(qū)電極反應(yīng)：4H2O+4e－=4OH－+2H2↑，OH－+HCO3－=CO32－。

（1）由圖象分析可知b點反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，升溫平衡逆向進(jìn)行，a、b、c、d 四點中，達(dá)到平衡狀態(tài)的是bcd，在a、b、c、d四點中，未達(dá)到平衡狀態(tài)的是a。故答案為：a；

（2）已知c點時容器中O2濃度為0.04mol·L-1，則50℃時，在α型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)：CO的降解率為x，設(shè)起始CO濃度為1mol·L－1，

平衡常數(shù)K= ==(用含x的代數(shù)式表示)。故答案為：；

（3）A．平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度升高向吸熱方向進(jìn)行，即向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，K=,故K減小，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K(a)>K(c)

B．由圖可知，相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大，故B正確；

C．a點的數(shù)據(jù)反映出CO降解率是整個實驗過程中最高的，故C錯誤；

D．d點降解率出現(xiàn)突變，e點轉(zhuǎn)化率變小的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性，故D正確；

故答案為：BD；

（4）模擬尾氣中一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.25%×10mol=0.025mol，而圖中參與反應(yīng)生成X和Y的一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.025mol×（8%+16%）=0.006mol，模擬尾氣中O2的物質(zhì)的量為：10mol×5%=0.5mol，測得排出的氣體中含0.45 mol O2，說明實際參與反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.05mol，同時測得0.0525 mol CO2，根據(jù)氧守恒，可知一氧化二氮的物質(zhì)的量為：0.05×2+0.006-0.0525×2=0.001mol，根據(jù)氮守恒可知氮氣的物質(zhì)的量為： =0.002mol，所以16%對應(yīng)的是氮氣，而8%對應(yīng)是一氧化二氮，即Y對應(yīng)是N2O，故答案為：N2O；

（5）二氧化氮與四氧化二氮之間存在雙聚平衡，所以無純的二氧化氮，NO較NO2穩(wěn)定，NO2氣體中存在N2O4，不便于定量測定，實驗過程中采用NO模擬NOx，而不采用NO2的原因是由于存在反應(yīng)2NO2N2O4會導(dǎo)致一定的分析誤差。故答案為：由于存在反應(yīng)2NO2N2O4會導(dǎo)致一定的分析誤差；

（6）①陽極區(qū)還原劑失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，首先是水電離的OH－失電子生成O2，產(chǎn)生的H＋又與HCO3－反應(yīng)生成CO2，在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)和H++HCO3－=CO2↑+H2O，故答案為：4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)；

②陰極區(qū)電極反應(yīng)：4H2O+4e－=4OH－+2H2↑，OH－+HCO3－=CO32－ ，CO32－在陰極區(qū)再生的原理：HCO3－與陰極水電解所生成的OH-反應(yīng)（或結(jié)合）生成CO32－。故答案為：HCO3－與陰極水電解所生成的OH-反應(yīng)（或結(jié)合）生成CO32－。