大气环境中的减量化排放受到国内外广泛关注。利用碳还原NO的反应为:。回答下列问题:
(1)该反应在常温下可以自发进行,则反应的________0(填“”“”或“”),有利于提高NO平衡转化率的条件是________(任写一条)。
(2)以上反应可分为如下四步反应历程,写出其中第三步的反应:
第一步:
第二步:
第三步:________
第四步:
(3)对比研究活性炭负载钙、镧氧化物的反应活性。在三个反应器中分别加入C、、,通入使其浓度达到。不同温度下,测得第2小时NO去除率如图所示:
①据图分析,490℃以下,三种情况下反应的活化能最小的是________(用a、b、c表示);、去除NO效果比C更好,其依据是________(写一条)。
②上述实验中,490℃时,若测得对NO的去除率为60%,则可能采取的措施是________。
A.及时分离出 B.压缩体积
C.恒容下,向体系中通入氮气 D.寻找更好的催化剂
③490℃时的反应速率________,该温度下此反应的平衡常数为121,则反应达平衡时NO的去除率为________(保留二位有效数字)。
< 降温 a 相同条件下,NO去除率更高 BD 0.0225 96%
【分析】
(1)根据反应可以自发进行的判据,常温下ΔG<0,ΔS>0,判断ΔG=ΔH-TΔS中的ΔH的大小,根据化学平衡的移动分析,让平衡正向移动的方法;
(2)将总反应减去第一步,第二步,第四步反应式,得到第三步反应式;
(3) ①490℃以下,三种情况下反应的活化能最小的是一氧化氮的去除率最高的,、去除NO的去除率较高;
②图像中490℃时NO的去除率是45%,从浓度和催化剂角度分析去除率提高的原因;
③利用速率公式,结合“三段式”,平衡常数进行计算。
【详解】
(1)常温下该反应在常温下可以自发进行,ΔG<0,ΔS>0,判断ΔG=ΔH-TΔS中的ΔH<0;有利于提高NO平衡转化率的条件即让平衡正向移动方法,降温;
(2)总反应为,
① 、②、④
根据盖斯定律,①+②+③+④式得到总反应,③式等于总反应减去①+②+④得到:;
(3) ①由图可知,、和C去除NO效果最好的是a,是反应速率最快的,反应的活化能最小的也是a;由图可知,、去除NO效果比C更好,原因是相同条件下,NO去除率更高(或在较低温度下NO去除的效果好,或纯碳的活化能高、反应速率慢);
②根据图像可知,490℃时,NO的去除率是45%,现在的去除率为60%,
A.及时分离出,会使平衡正向移动,速率是减慢的,不一定增加NO的去除率,故A错误;
B.压缩体积,增大了浓度,速率加快,可以增加NO的去除率,故B正确;
C.恒容下,向体系中通入氮气,增加生成物的浓度,平衡逆向移动,不能增加NO的去除率,故C错误;
D.不同的催化剂,催化效果不一样,故可以寻找更好的催化剂,提高NO的去除率,故D正确;
答案选BD。
③根据图像,490℃时,NO的去除率是45%,NO的初始浓度为0.1mol/L,则转化浓度为0.045mol/L,;
设平衡时生成的氮气的浓度为x,
开始mol/L 0.1 0 0
变化mol/L 2x x x
平衡mol/L 0.1-2x x x
则平衡常数K==121,解得x=,反应达平衡时NO的去除率为×100%=96%。
能量的相互转化:
化学反应中的能力变化表现为热量的变化。常见能量转化有:化学能和电能的相互转化、化学能和热能的相互转化、化学能和光能、风能的相互转化等。
如:燃料燃烧产生能量最终带动发电机发电,将化学能转化为电能;铜、锌形成原电池,将化学能转化为电能。
化学反应中的能力变化表现为热量的变化。常见能量转化有:化学能和电能的相互转化、化学能和热能的相互转化、化学能和光能、风能的相互转化等。
如:燃料燃烧产生能量最终带动发电机发电,将化学能转化为电能;铜、锌形成原电池,将化学能转化为电能。
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