Question

【題目】一氧化碳是一種用途廣泛的化工基礎原料。有機物加氫反應中鎳是常用的催化劑。但H2中一般含有微量CO會使催化劑鎳中毒，在反應過程中消除CO的理想做法是投入少量SO2，為弄清該方法對催化劑的影響，查得資料如下：

則：(1)① 不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是 ______________________________。

②SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)　ΔH＝________。

(2)工業上用一氧化碳制取氫氣的反應為：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，已知420 ℃時，該反應的化學平衡常數K＝9。如果反應開始時，在2 L的密閉容器中充入CO和H2O的物質的量都是0.60 mol,5 min末達到平衡，則此時CO的轉化率為________，H2的平均生成速率為________ mol·L－1·min－1。

(3)為減少霧霾、降低大氣中有害氣體含量， 研究機動車尾氣中CO、NOx及CxHy的排放量意義重大。機動車尾氣污染物的含量與空/燃比 (空氣與燃油氣的體積比)的變化關系示意圖如圖所示：

①隨空/燃比增大，CO和CxHy的含量減少的原因是_____________________________。

②當空/燃比達到15后，NOx減少的原因可能是____________________________________________。

Answer 1

【答案】 Ni會與氧氣反應 －270.0 kJ·mol－1 75% 0.045 空/燃比增大，燃油氣燃燒更充分，故CO、CxHy含量減少 因為反應N2(g)＋O2(g) 2NO(g)是吸熱反應，當空/燃比大于15后，由于燃油氣含量減少，燃油氣燃燒放出的熱量相應減少，環境溫度降低，使該反應不易進行，故NOx減少

【解析】（1）①由于Ni能與氧氣反應也會導致其中毒，所以不用通入O2氧化的方法除去CO；②由圖Ⅰ可知，(ⅰ)O2(g)＋2CO(g)===2CO2(g)　ΔH＝(－2×283)kJ·mol－1＝－566 kJ·mol－1，由圖Ⅱ可知，(ⅱ)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－296 kJ·mol－1，根據哥斯達黎加(ⅰ)－(ⅱ)得：SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)　ΔH＝[－566－(－296)] kJ·mol－1＝－270 kJ·mol－1；（2）設參加反應的CO的濃度為x，則

CO(g) ＋ H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始濃度(mol·L－1) 0.30 0.30 0 0

轉化濃度(mol·L－1) x x x x

平衡濃度(mol·L－1) 0.30－x 0.30－x x x

K＝9.0＝，解得x＝0.225，所以CO的轉化率α(CO)＝0.225/0.3×100%＝75%，氫氣的生成速率v(H2)＝0.225mol/L÷5min＝0.045 mol·L－1·min－1；（3）①由于空/燃比增大，燃油氣燃燒更充分，所以CO、CxHy含量減少；②反應N2(g)＋O2(g)2NO(g)是吸熱反應，當空/燃比大于15后，由于燃油氣含量減少，燃油氣燃燒放出的熱量相應減少，環境溫度降低，使該反應不易進行，所以NOx減少。