Question

【題目】已知研究氮及其化合物的轉化對于環境改善有重大意義。

I．已知N2(g) +O2(g)=2NO(g) △H=+180.4 kJ/mol，

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O（l） △H= kJ/mol。

(1)用NH3消除NO污染的反應為：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=_______。則該反應自發進行的條件是______________(填“高溫”或“低溫”)。

(2)不同溫度條件下，NH3與NO的物質的量之比分別為4:1、3:1、1:3，得到NO脫除率曲線如圖所示。曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，從A點到B點經過2秒，該時間段內NO的脫除速率為_______mg/（L·s），在AB所在的曲線上當溫度高于900℃時NO脫除率明顯降低的原因是_______________________________________________。

Ⅱ.用活性碳還原法也可以處理氮氧化合物，發生的反應為2CO(g)+ 2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-746.8kJ/mol。

(3)在一恒容絕熱的密閉容器中，能表示上述反應達到平衡狀態的是_____________(填字母代號)。

A．單位時間內斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成2 mol C=O鍵

B．容器內的總壓強保持不變

C．混合氣體的密度保持不變

D．c(NO):c(N2):c(CO2)=2:1:2

E．混合氣體的平均摩爾質量保持不變

(4)向一恒容密閉容器中充入3mol CO和2mol NO，測得氣體的總壓為10MPa，在一定溫度下開始反應，10 min后達到平衡，測得NO的轉化率為75%，該反應的平衡常數KP=____________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

Ⅲ．用間接電化學法可對大氣污染物NO進行無害化處理，其工作原理如圖所示，質子膜允許H+和H2O通過。

(5)寫出吸收塔中的離子反應方程式_____________________________________，反應過程中若通過質子交換膜的H+為1 mol時，吸收塔中生成的氣體在標準狀況下的體積為_____ L。

Answer 1

【答案】-1807.8 kJ/mol 低溫 0.03 該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，NO脫除率降低 BE 1.5MPa-1 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3- 5.6

【解析】

I．(1)根據蓋斯定律進行計算并判斷；根據復合判據進行反應條件分析；

(2) 曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，根據圖象得到A、B兩處的NO脫除率，可得兩處NO的濃度，最后計算脫除速率；氨的催化氧化反應是放熱反應，據此進行分析判斷；

Ⅱ. (3)達到平衡狀態時，正反應速率與逆反應速率相等，各物質的質量或濃度保持不變，據此進行分析判斷；

(4)根據NO的轉化率為75%，可計算得到NO轉化的物質的量，進一步可計算出平衡時各物質的物質的量，再利用物質的量的關系可得平衡時的總壓，最后利用分壓=總壓×物質的量分數計算出各物質的分壓，從而得到平衡常數；

Ⅲ．(5)吸收塔中通入的NO和S2O42-發生反應，生成N2和HSO3-，據此書寫離子方程式；電解池的陽極發生的電極反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑，即轉移1mol電子時，有4molH+通過質子交換膜，由此進行計算；

I．(1)① N2(g) +O2(g)=2NO(g) △H1=+180.4 kJ/mol，②4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O△H2= kJ/mol，根據蓋斯定律可知△H=△H2-5△H1= kJ/mol-5×(+180.4 )kJ/mol=-1807.8 kJ/mol；根據復合判據可知，H<0,S<0，該反應自發進行的條件是低溫；

(2) 曲線a中NH3的起始濃度為4×10- 5mol/L，那么NO的起始濃度為1×10- 5mol/L，A點的脫除率為55%，B點的脫除率為75%，從A點到B點經過2秒，該段時間內NO的脫除速率為=0.03 mg/（L·s）；在AB所在的曲線上當溫度高于900℃時NO脫除率明顯降低的原因是該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，因此NO脫除率降低；

Ⅱ. (3) A．單位時間內斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成2 mol C=O鍵，只有逆向反應，沒有正向反應，無法確定正反應速率與逆反應速率相等，因此不能證明達到平衡狀態，A項錯誤；

B．該反應為體積縮小的反應，當容器內的總壓強保持不變時，說明達到了平衡狀態，B項正確；

C．在恒容體系中，反應前后氣體總質量不變，所以混合氣體的密度始終保持不變，不能證明該反應達到平衡狀態，C項錯誤；

D．當c(NO):c(N2):c(CO2)=2:1:2時，反應不一定達到平衡狀態，與反應初始濃度及轉化率有關，不能證明該反應達到平衡狀態，D項錯誤；

E．該反應為非等體積反應，當混合氣體的平均摩爾質量保持不變時，能證明該反應達到了平衡狀態，E項正確；

答案選BE；

(4) 根據NO的轉化率為75%，可知NO轉化的物質的量為1.5mol，則有

2CO(g)+ 2NO(g) N2(g)+ 2CO2(g)

平衡時的總壓為10 MPa×=8.5 Mpa

那么KP==1.5 MPa-1；

Ⅲ．(5) 吸收塔中通入的NO和S2O42-發生反應，生成N2和HSO3-，離子方程式為：2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-；電解池的陽極發生的電極反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑，即轉移4mol電子時，有4molH+通過質子交換膜，因此當通過質子交換膜的H+為1 mol時生成氣體的物質的量為0.25mol，故吸收塔中生成的氣體在標準狀況下的體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L。