高温下，活性炭可用来处理NOx废气。某研究小组向体积固定的密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+CO2(g)。T1℃时，测得反应进行到不同时刻各物质的浓度如下表：时间(min)浓度(mol·L-1)01020304050NO2.01.160.400.400.60.6N200.420.800.801.21.2CO200.420.800.801.21.2回答下列问题：

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1. 高温下，活性炭可用来处理NO_x废气。某研究小组向体积固定的密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+ 2NO(g) $\text{[math]}$ N₂(g)+CO₂(g)。T₁℃时，测得反应进行到不同时刻各物质的浓度如下表：

时间(min) 浓度(mol·L^-1)	0	10	20	30	40	50
NO	2.0	1.16	0.40	0.40	0.6	0.6
N₂	0	0.42	0.80	0.80	1.2	1.2
CO₂	0	0.42	0.80	0.80	1.2	1.2

回答下列问题：

(1) 碳原子核外有个未成对的电子，N₂分子的电子式是，氧原子2p亚层的轨道表示式为。

(2) T₁ ℃时，在0～10 min内的平均反应速率v(N₂)=mol·L^-1·min^-1。

(3) 该反应的平衡常数表达式为。第30min 时，仅改变了某一条件，请根据表中数据判断可能改变的条件是(填字母编号)。

a. 加入合适的催化剂 b. 适当缩小容器的体积

c. 再通入一定量的NO d. 再加入一定量的活性炭

(4) 若第30 min时，将温度升高至T₂℃，重新达新平衡时K为2.25，则正反应为反应(填“放热”或“吸热”)，NO的平衡转化率(填“升高”或“降低”)。

【考点】

化学反应速率与化学平衡的综合应用;

【答案】

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综合题普通

1. 近几年经济发展迅速，汽车数量越来越多，在方便我们的工作和生活的同时，也带来了严重的环境问题，为了消除汽车尾气对大气环境和人体健康造成的影响，科学家们想了很多处理尾气的方法。

(1) 活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，有关反应为C(s)＋2NO(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋CO₂(g)。

①判断该反应达到平衡的标志为。(填标号)

A．容器内气体的物质的量恒定 B．NO、N₂、CO₂的物质的量之比为2：1：1

C．v_正(NO)=2v_逆(CO₂) D．容器内气体密度恒定

②某温度时，向4L体积恒定的密闭容器中充入一定量N₂和CO₂发生反应：N₂(g)＋CO₂(g) $\text{[math]}$ C(s)＋2NO(g)；其中CO₂、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：

a.图中A点v_正v_逆(填“>”“<”或“=”)。

b.0～20min内的N₂平均反应速率v=；在此过程中，气体的平均相对分子质量 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

c.第20min时，外界改变的条件可能是。

(2) CO可以与NO₂反应：4CO(g)＋2NO₂(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋4CO₂(g)，如图为该反应中CO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的图像，根据图像分析：△H0(填“>”或“<”，下同)；p₁p₂_。

(3) 在汽车排气管上安装催化转化器可以有效降低汽车尾气中的NO和CO，反应方程式为：2CO(g)＋2NO(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋2CO₂(g)，若在密闭的容积不变的容器中进行该反应，起始加入的CO和NO的物质的量之比为3：2，起始压强为p，达到平衡时总压强为起始压强的85%，则该反应的化学平衡常数K_p=。(K_p为以分压表示的平衡常数，分压=总压×某物质的物质的量分数)

综合题普通

2. 利用制取生物柴油的副产物甘油可重整制氢，通入一定量的水蒸气，经一系列反应可获得 $\text{[math]}$ 、CO、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 等组成气体，通过调整反应的组成和条件可提高 $\text{[math]}$ 产率。请回答：

(1) 制氢的几个主要反应如下：

反应1： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应2： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应3： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应4： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

①计算 $\text{[math]}$ 并判断该反应的自发性。

②温度控制不当，气相产物之间会发生积碳副反应如下：

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；

从而影响氢气产率。若仅考虑积碳副反应，一定温度下，测得在1.0MPa恒压反应体系中组分的分压(即组分的物质的量分数×总压)。达平衡时， $\text{[math]}$ ，则平衡常数 $\text{[math]}$ 。

③生产过程中，为减小积碳对氢气产率及催化剂的影响，下列措施合适的是。

A．通入过量的氧气 B．通入适量的水蒸气 C．选择合适的催化剂 D．加压

④上述各反应达平衡时，体系中各物质的摩尔分数(物质的量分数)受温度的影响如图所示，请结合图像解释在图示温度范围内随着温度升高 $\text{[math]}$ 的摩尔分数先迅速上升后缓慢下降的原因是。

(2) 反应2的一种催化机理是生成中间体甲酸，此时甲酸在金属氧化物催化剂表面的催化机理如图所示：

若想尽可能进行路径1，则选择的氧化物M-O键结合力应较(填“强”或“弱”)；请补充完整反应的历程：(*表示吸附态)

…… $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ +；； $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

综合题普通

3. 有效去除大气中的NO_x ，保护臭氧层，是环境保护的重要课题。

(1) 在没有NO_x催化时，O₃的分解可分为以下两步反应进行；

①O₃=O+O₂(慢) ②O+O₃=2O₂(快)

第一步的速率方程为v₁=k₁c(O₃)，第二步的速率方程为v₂=k₂c(O₃)·c(O)。其中O为活性氧原子，它在第一步慢反应中生成，然后又很快的在第二步反应中消耗，因此，我们可以认为活性氧原子变化的速率为零。请用k₁、k₂组成的代数式表示c(O)=。

(2) NO做催化剂可以加速臭氧反应，其反应过程如图所示：

已知：O₃(g)+O(g)=2O₂(g) ΔH=－143 kJ/mol

反应1：O₃(g)+NO(g)=NO₂(g)+O₂(g) ΔH₁=－200.2 kJ/mol。

反应2：热化学方程式为。

(3) 一定条件下，将一定浓度NO_x(NO₂和NO的混合气体)通入Ca(OH)₂悬浊液中，改变 $\text{[math]}$ ， NOx的去除率如图所示。

已知：NO与Ca(OH)₂不反应；

NO_x的去除率=1－ $\text{[math]}$ ×100%

① $\text{[math]}$ 在0.3－0.5之间，NO吸收时发生的主要反应的离子方程式为：。

②当 $\text{[math]}$ 大于1.4时，NO₂去除率升高，但NO去除率却降低。其可能的原因是。

(4) 若将CO和NO按不同比例投入一密闭容器中发生反应：2CO(g)+2NO(g)=N₂(g)+2CO₂(g) ΔH=－759.8 kJ/mol，反应达到平衡时，N₂的体积分数随 $\text{[math]}$ 的变化曲线如图。

①b点时，平衡体系中C、N原子个数之比接近。

②a、b、c三点CO的转化率从小到大的顺序为；b、c、d三点的平衡常数从大到小的顺序为(以上两空均用a、b、c、d表示)。

③若 $\text{[math]}$ =0.8，反应达平衡时，N₂的体积分数为20%，则NO的转化率为。

综合题普通

催化剂	t=350℃		t=400℃
催化剂	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
催化剂Ⅰ	10.8	12722	345.2	42780
催化剂Ⅱ	9.2	10775	34	38932