Question

【題目】氮的化合物在生產(chǎn)生活中廣泛存在。請回答：

（1）催化轉(zhuǎn)化器可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NOx、碳氫化合物）進行相互反應(yīng)， 生成無毒物質(zhì)，減少汽車尾氣污染。

已知：

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ·mol-1

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2= -221.0 kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3= -393.5 kJ·mol－1

計算尾氣轉(zhuǎn)化反應(yīng) 2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=_____。

（2）NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g) △H= -11.63 kJ·mol－1。反應(yīng)在2L 密閉容器中進行，在其它條件相同時，使用不同的催化劑 A、B、C，產(chǎn)生 N2 的物質(zhì)的量隨時間變化如圖 1 所示。

圖1 圖2

①下列有關(guān)說法正確的是__________________________________。

A. 反應(yīng)在任何溫度下均可自發(fā)進行

B. 50 s 在催化劑A 作用下，平均反應(yīng)速率v(N2)＝2.5×10－2mol·L－1·s－1

C. 用催化劑C 達到平衡時，N2 產(chǎn)率最小

D. 分離出反應(yīng)體系中的H2O(g)有利于氮氧化物的脫除

E. 相同條件下，若使用催化劑 B，使逆反應(yīng)速率加快 100 倍，使用催化劑 C，使正反應(yīng)速率加快 65 倍，則應(yīng)該選用催化劑 B

②在催化劑A 的作用下，經(jīng)過相同時間，測得脫氮率隨反應(yīng)溫度的變化情況如圖 2 所示，據(jù)圖可知，在相同的時間內(nèi)，300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大，300℃之后溫度升高脫氮率逐漸減小（假設(shè)催化劑活性不受影響），寫出脫氮率隨溫度變化的原因__________________________。

③其他條件相同時，請在圖 2 中補充在催化劑B 作用下脫氮率隨溫度變化的曲線。__________________________________________________________

（3）以連二硫酸根(S2O42-)為媒介，使用間接電化學(xué)法也可處理燃煤煙氣中的 NO，裝置如圖所示

① 陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為___________________________________________ 。

② 通電時，當電路中轉(zhuǎn)移 0.2mol e-，可吸收的 NO 在標準狀況下的體積為 896mL。則 NO轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物為_____________________________________ 。

Answer 1

【答案】-746.5 kJ·mol－1 ADE 300 ℃前反應(yīng)未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300 ℃之后反應(yīng)達平衡，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小 2SO32-+2e-+4H+=S2O42-+2H2O NH4+

【解析】

（1）N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ·mol-1 ①

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2= -221.0 kJ·mol-1 ②

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3= -393.5 kJ·mol－1 ③

將③×2-①-②得：2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ·mol－1

答案為：△H=-746.5 kJ·mol－1

（2）①A. 因為反應(yīng)的H<0，S>0，所以反應(yīng)在任何溫度下均可自發(fā)進行，A正確；

B. 50 s 在催化劑A 作用下，平均反應(yīng)速率

v(N2)=，B錯誤；

C. 因為催化劑不改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和生成物的產(chǎn)率，所以用催化劑C 達到平衡時，N2 產(chǎn)率與其它催化劑相同，C錯誤；

D. 分離出反應(yīng)體系中的H2O(g)，有利于氮氧化物的脫除，D正確；

E. 相同條件下，若使用催化劑 B，使逆反應(yīng)速率加快 100 倍，正反應(yīng)速率也加快100倍，使用催化劑 C，使正反應(yīng)速率加快 65 倍，則應(yīng)該選用催化劑 B，E正確。

故答案為ADE

②300 ℃前反應(yīng)未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300 ℃之后反應(yīng)達平衡，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小。

答案為：300 ℃前反應(yīng)未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300 ℃之后反應(yīng)達平衡，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小

③不管使用什么催化劑，達平衡時脫氮率是相同的，只是催化劑B的催化效率比催化劑A低，所以達平衡的時間長。

（3）在陰極區(qū)，SO32-得電子轉(zhuǎn)化為S2O42-，電極反應(yīng)式為2SO32-+2e-+4H+=S2O42-+2H2O

答案為：2SO32-+2e-+4H+=S2O42-+2H2O

② 通電時，當電路中轉(zhuǎn)移 0.2mol e-，可吸收的 NO 在標準狀況下的體積為 896mL，即0.04mol，按得失電子守恒，N元素化合價應(yīng)降低5價，即產(chǎn)物中N元素顯-3價，故產(chǎn)物為NH4+。

答案為：NH4+