(主要来自汽车尾气，包含和)是大气主要污染物之一，有效去除大气中的是环境保护的重要课题。汽车尾气中的和可以在三元催化器作用下转化为和。已知：反应1：反应2：反应3：回答下列问题：

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1. $\text{[math]}$ (主要来自汽车尾气，包含 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ )是大气主要污染物之一，有效去除大气中的 $\text{[math]}$ 是环境保护的重要课题。汽车尾气中的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 可以在三元催化器作用下转化为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。已知：

反应1： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应2： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应3： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 计算 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。分析反应3自发进行可能性为(填序号，下同)。

A．自发 B．非自发 C．高温自发 D．低温自发

已知该反应的净反应速率 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 分别为正、逆反应的速率常数(只与温度有关)。若政变温度后 $\text{[math]}$ 增大，则改变的条件为(填“升高”或“降低”)温度。

(2) 经研究发现，反应3需要 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 经吸附后在催化剂表面活性中心进行。向 $\text{[math]}$ 恒容密闭体系中加入 $\text{[math]}$ 、一定量的某种催化剂，并按不同起始投料比m发生反应 $\text{[math]}$ 的平衡转化率与温度、起始投料比m的关系如图1所示。[图中起始投料比 $\text{[math]}$ ]。

①图中 $\text{[math]}$ 三点对应的平衡常数 $\text{[math]}$ 相对大小关系是。

②关于该可逆反应的说法正确的是。

A．加入催化剂可提高 $\text{[math]}$ 的平衡转化率

B．对于同一催化剂，m不变时，充入的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 增多，反应速率一定增大

C．容器中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 分压之比为 $\text{[math]}$ 时，反应达到平衡状态

D．投料比： $\text{[math]}$

③随着温度的升高，不同投料比下 $\text{[math]}$ 的平衡转化率趋于相近的原因为。

(3) 恒压密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，在不同催化剂(甲、乙)作用下发生反应3，测得相同时间内 $\text{[math]}$ 的转化率如图2所示。

①图中 $\text{[math]}$ 四点所对应的状态中一定未达平衡状态的有(填字母)，曲线 $\text{[math]}$ 变化趋势的原因是。

②一定温度下，若容器压强保持为 $\text{[math]}$ ，初始充入等物质的量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，平衡时 $\text{[math]}$ 转化率为 $\text{[math]}$ ，则该温度下平衡常数 $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 的式子表示)。

【考点】

化学平衡常数; 化学平衡的影响因素;

【答案】

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综合题普通

1. 二氧化碳作为温室气体，是引发全球气候变化的元凶之一，但通过转化可以将其变成有用的化学品或燃料，有助于实现碳循环和碳减排。一定条件下将 $\text{[math]}$ 混合气体通过反应器，可得到甲醛。

已知：反应器内发生的反应有：

I． $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ ；

II． $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ 。

回答下列问题：

(1) $\text{[math]}$ 分别是两反应正反应的活化能， $\text{[math]}$ 分别是两反应逆反应的活化能，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“大于”、“小于”或“等于”)

(2) 将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 组成的混合气体通入不同温度下体积均为2L的反应器，均经过10min后检测生成物的物质的量，结果如图所示：

①表示 $\text{[math]}$ 的浓度变化曲线的是(填“曲线A”、“曲线B”或“曲线C”)，图中 $\text{[math]}$ 五个点能表示反应I达到平衡状态的点是(填图中字母)，实验过程中，高于 $\text{[math]}$ 后物质C浓度逐渐减小，试分析发生该变化的原因是。

②计算 $\text{[math]}$ 内 $\text{[math]}$ 的平均反应速率 $\text{[math]}$ 。

③ $\text{[math]}$ 时，该时间段内 $\text{[math]}$ 的选择性=( $\text{[math]}$ 的选择性 $\text{[math]}$ )； $\text{[math]}$ 时，反应Ⅰ的平衡常数 $\text{[math]}$ (保留两位有效数字)。

(3) 在体积恒定的容器中发生反应I，实验测得： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 为速率常数，当温度升高时，则 $\text{[math]}$ (填“增大”、“减小”或“不变”)。

综合题困难

2. 探索氮氧化合物反应的特征及机理对处理该类化合物的污染问题具有重要意义。

(1) 已知：恒容密闭容器中反应2NO₂(g) $\text{[math]}$ N₂O₄(g)达到平衡后，升高温度气体颜色加深。该反应的正反应速率方程为v_正=k_正·c²(NO₂)，逆反应速率方程为v_逆=k_逆·c(N₂O₄)，k_正、k_逆分别为正逆反应的速率常数。

图中所示①、②、③、④四条斜线，能表示lgk_正随 $\text{[math]}$ 变化关系的斜线是。A、B、C、D点的坐标分别为(a + 1. 5)、(a+0.5)、(a-0.5)、(a-1.5)，计算T₁时该反应的化学平衡常数K=L· mol^-1.T₁时，某时刻恒容密闭容器中NO₂、N₂O₄浓度均为0.2 mol·L^-1 ，此时 v_正v_逆(填“>”“<”)。

(2) 氢气选择性催化还原法(H₂-SCR)是目前消除NO_X的理想方法。

H₂ - SCR的主反应：2NO(g) +2H₂(g) $\text{[math]}$ N₂(g) +2H₂O(g) ΔH₁

副反应：2NO(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ N₂O(g)+ H₂O(g) ΔH₂

①已知H₂(g)+ $\text{[math]}$ O₂(g)= H₂O(g) ΔH₃= - 241.5kJ·mol^-1

N₂(g) +O₂(g)=2NO(g) ΔH₄= +180. 5kJ·mol^-1

计算ΔH₁=。

②T℃、 $\text{[math]}$ =3时，恒容容器中发生H₂-SCR反应。平衡时N₂物质的量分数为10% ，平衡压强与起始压强之比为3.6 ： 4， NO的有效去除率为%。(已知：NO的有效去除率= $\text{[math]}$ )

③H₂-SCR法在富氧Pt-HY催化剂表面的反应机理如图所示：

下列说法正确的是(填标号)。

A. Pt原子表面上发生的反应有N+NO= N₂O、N+N=N₂等

B.H₂解离的H溢流至Pt-HY载体界面，被吸附的NO₂还原

C.HY载体酸性越强，其吸附NO₂能力就越强，Pt催化活性就越大

D.若HY载体表面发生反应的NO、O₂物质的量之比为4 ： 1，反应中每生成1mol N₂转移电子的物质的量为3mol

(3) 用CO还原N₂O也是消除氮氧化物污染的重要方法。500℃时，向一恒容密闭容器充入一定量N₂O气体，起始压强为bkPa，再加入足量的CaC₂O₄固体，平衡时容器内总压强为c kPa，计算此温度下反应CO(g)+N₂O(g) $\text{[math]}$ N₂(g) +CO₂(g)的平衡常数K_p= [已知500℃时，反应CaC₂O₄(s) $\text{[math]}$ CaCO₃(s)+CO (g)的K_p=e kPa]。

综合题困难

已知：某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO₂(g) + 4H₂(g) $\text{[math]}$ 2H₂O(g) + CH₄(g)，该反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。回答问题：

（1）若反应为基元反应，且反应的 $\text{[math]}$ 与活化能(Ea)的关系为 $\text{[math]}$ 。在图2中补充完成该反应过程的能量变化示意图。

（2）某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1molCO₂和0.4molH₂ ，反应平衡后测得容器中n(CH₄)=0.05mol。则 $\text{[math]}$ 的转化率为。在上述平衡体系中各加入0.05mol的上述反应物、生成物，则加入后v正v逆(填“>”、“<”或“=”)。

在相同条件下， $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 还会发生不利于氧循环的副反应：CO₂(g) + 3H₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g) + CH₃OH(g)，在反应器中按 $\text{[math]}$ 通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 浓度( $\text{[math]}$ )如下表所示。

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

（3）在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， $\text{[math]}$ 生成CH₃OH平均反应速率为 $\text{[math]}$ ；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是。

综合题困难