Question

【題目】CO 還原脫硝技術(shù)可有效降低煙氣中的NOx的排放量。回答下列問題：

I．CO 還原NO 的脫硝反應(yīng)：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g) △H

（1）汽車在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體CO、NO，它們之間能發(fā)生上述反應(yīng):

① 該反應(yīng)平衡常數(shù)K表達(dá)式為_________；

② 該反應(yīng)的K極大（570 K時(shí)為1×1059），但汽車上仍需裝備尾氣處理裝置，其可能原因是_______；

（2）以Mn3O4 為脫硝反應(yīng)的催化劑，研究者提出如下反應(yīng)歷程，將歷程補(bǔ)充完整。

第一步：_________；

第二步：3MnO2＋2CO＝Mn3O4＋2CO2

（3）在恒溫恒容的密閉容器中，充入等物質(zhì)的量的CO 和NO 混合氣體，加入Mn3O4 發(fā)生脫硝反應(yīng)，t0 時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得反應(yīng)過程中CO2 的體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系如右圖所示。

① 比較大小：a處v正______b處v逆（填“＞”、“＜”或“=”）

② NO 的平衡轉(zhuǎn)化率為_______。

II．T℃時(shí)，在剛性反應(yīng)器中發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)，化學(xué)反應(yīng)速率v =kPm(CO)Pn( NO2)，k 為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)。研究表明，該溫度下反應(yīng)物的分壓與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系如下表所示：

（4）若反應(yīng)初始時(shí)P(CO)=P(NO2)=a kPa，反應(yīng)t min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得體系中P(NO)=b kPa，則此時(shí)v=_________kPa·s-1（用含有a和b的代數(shù)式表示，下同），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=_________（Kp是以分壓表示的平衡常數(shù)）。

Answer 1

【答案】K= 化學(xué)反應(yīng)速率慢 Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2 ＞ 80 % 9×10-5(a－b)2

【解析】

(1)①平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪積與反應(yīng)物濃度冪積之比；②反應(yīng)的平衡常數(shù)極大(570K時(shí)為1×1059)，但反應(yīng)速率可能極慢；

(2)根據(jù)①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2分析解答；

(3)①a點(diǎn)反應(yīng)正向進(jìn)行，b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；②結(jié)合三段式列式計(jì)算；

(4)根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析判斷化學(xué)反應(yīng)速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，m=1，n=1，據(jù)此計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k，再利用三段式列式計(jì)算。

I．(1)①平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪的積與反應(yīng)物濃度冪的積之比，所以反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的平衡常數(shù)K=，故答案為：K=；

②反應(yīng)的平衡常數(shù)極大，但反應(yīng)速率極慢，裝備尾氣處理裝置可提高反應(yīng)速率，有利于尾氣的轉(zhuǎn)化速率，故答案為：化學(xué)反應(yīng)速率慢；

(2)①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2，以Mn3O4為脫硝反應(yīng)的催化劑，則①-②得到反應(yīng)的第一步：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2，故答案為：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2；

(3)①a點(diǎn)反應(yīng)正向進(jìn)行，v正＞v逆，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)v正=v逆，因此a處v正＞b處v逆，故答案為：＞；

②在恒溫恒容的密閉容器中，充入等物質(zhì)的量的CO和NO混合氣體，設(shè)物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)圖像，平衡時(shí)，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)50%，設(shè)生成氮?dú)鉃?/span>x，

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，

起始(mol)1 1 0 0

變化(mol) 2x 2x 2x x

平衡(mol) 1-2x1-2x 2x x

則=50%，解得：x=0.4mol，NO的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=80%，故答案為：80%；

(4)化學(xué)反應(yīng)速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，k 為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，結(jié)合圖表數(shù)據(jù)得到：m=1，n=1，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k=，

CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)

起始量/span> a a 0 0

變化量 b b b b

平衡量 a-b a-b b b

此時(shí)v=k P(CO)P( NO2)=×(a-b)(a-b)=9×10-5(a-b)2；反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，氣體壓強(qiáng)不變，可以利用氣體壓強(qiáng)代替氣體分壓計(jì)算平衡常數(shù)，則K=，故答案為：9×10-5(a-b)2；。