十九大报告指出: “坚持全民共治、源头防治,持续实施大气污染防治行动,打赢蓝天保卫战!”以NO x 为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
I.汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生如下反应:反应①2NO(g)+2CO(g) N 2 (g)+2CO 2 (g) △H 1 。
( 1)已知:反应②N 2 (g)+O 2 (g) 2NO(g) △H 2 =+180.5kJ·mol − 1 , CO的燃烧热为283.0kJ·mol − l ,则 △H 1 = ___ 。
( 2)在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生上述反应①,下图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①温度:T 1 ____ T 2 (填 “<”或“>”)。
②若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的 ____ 点。
( 3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示。若低于200℃,图2中曲线中脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为 ____ ; a点 ___ (填 “是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率,说明理由 ____ 。
Ⅱ.N 2 O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N 2 O的分解对环境保护有重要意义。
( 4)碘蒸气存在能大幅度提高N 2 O的分解速率,反应历程为:
第一步 I 2 (g) 2I(g)(快反应)
第二步 I(g)+N 2 O(g)→N 2 (g)+IO(g)(慢反应)
第三步 IO(g)+N 2 O(g)→N 2 (g)+O 2 (g)+I 2 (g)(快反应)
实验表明,含碘时 N 2 O分解速率方程 ( k为速率常数)。下列表述正确的是 ____ 。
A.N 2 O分解反应中:k值与是否含碘蒸气无关
B.第二步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的中间产物
-746.5kJ·mol -1 > A 温度较低时,催化剂的活性偏低 不是 因为该反应为放热反应,根据线 Ⅱ 可知, a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高 BD
【分析】
( 1 )根据盖斯定律进行解答;( 2 )根据化学平衡移动原理和影响化学平衡移动的因素进行解答。
【详解】
I .已知 ② N 2 ( g )+ O 2 ( g ) 2NO ( g ) △ H 2 =+ 180 . 5kJ · mol - 1 , CO 的燃烧热为 283 . 0kJ · mol - l ,热化学反应方程式为: ③ 2CO ( g )+ O 2 ( g )= 2CO 2 ( g ) △ H =- 566 . 0kJ · mol - l , ③-②得①: 2NO ( g )+ 2CO ( g ) N 2 ( g )+ 2CO 2 ( g ) △ H 1 =- 746 . 5kJ · mol - 1 ;答案: - 746 . 5kJ · mol - 1 。
( 2 )由 ① 2NO ( g )+ 2CO ( g ) N 2 ( g )+ 2CO 2 ( g ) △ H =- 746 . 5kJ · mol - 1 ,升高温度 ,平衡逆向移动,所以 NO 的体积分数会增大 ,即 T 1 > T 2 ,因此,本题正确答案是:>;
②若在 D 点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小 ,则平衡会逆向移动, NO 的体积分数增加 ,重新达到的平衡状态可能是图中 A 点 ,答案: A 。
( 3 )低于 200 ,曲线 Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为:温度较低时(低于 200 ),催化剂的活性偏低,对化学反应速率的影响小。 a 点不是对应温度下的平衡脱氮率,理由是:因为该反应的正反应为放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,根据曲线 Ⅱ可知, a 点对应温度下的平衡转化率应高于 450 时, a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高。答案:温度较低时,催化剂的活性偏低;不是;因为该反应为放热反应,根据线 Ⅱ可知, a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高。
( 4 ) A .碘蒸气存在能大幅度是高 N 2 O 的分解速率,根据题中信息 k 为有碘蒸气存在时的 N 2 O 分解速率的速率常数,若没有碘存在, k 就没有意义了,因此 k 的取值与碘蒸气有关,故 A 错误; B .第二步反应慢,所以对总反应速率起决定作用,故 B 正确 ; C .第二步反应比第三步反应慢,说明第二步活化能大,故 C 不正确; D 从总反应 2N 2 O ( g )= 2N 2 ( g )+ O 2 ( g )来看 IO 在反应前没有、反应后也没有 ,故其为反应的中间产物,故 D 正确 ;答案 BD 。
化学方程式:
用化学式来表示化学反应的式子,叫做化学方程式。化学方程式不仅表明了反应物、生成物和反应条件,同时,通过相对分子质量或相对原子质量还可以表示个物质之间的质量关系,即各物质之间的质量比。
书写化学方程式要遵守两个原则:
一是必须以客观事实为基础,绝不能凭空臆想、臆造事实上不存在的物质和化学反应;
二是要遵守质量守恒定律,等号两边各原子种类与数目必须相等。
化学方程式的意义:
化学方程式不仅表明了反应物、生成物和反应条件。同时,化学计量数代表了各反应物、生成物物质的量关系,通过相对分子质量或相对原子质量还可以表示各物质之间的质量关系,即各物质之间的质量比。对于气体反应物、生成物,还可以直接通过化学计量数得出体积比。
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研究氮氧化物等大气污染物的处理对建设美丽家乡、打造宜居环境具有重要意义。
(1)Pb(NO3)2受热分解后能得到PbO、NO2和另一种气体,该气体为_______(写分子式)。
(2)现有以下反应:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)∆H1
N2(g)+O2(g)=2NO(g)∆H2
2H2(g)+2NO(g) =2H2O(l)+ N2(g) ∆H3
查阅资料获得部分化学键的键能E数据如下表:
化学键 |
|
|
|
|
E/(kJ∙mol-1) | 946 | 436 | 497 | 632 |
已知∆H1=-572kJ/mol,则∆H3=________。
(3)O3-石灰乳联合处理NO的方法是先将NO经O3氧化,再用石灰乳吸收氮的氧化物,发生的主要化学反应有:NO+O3=NO2+O2,2NO+O2=2NO2,NO2+NO+Ca(OH)2= Ca(NO2)2+H2O,4NO2+2Ca(OH)2=Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O,
①为保证NO被充分吸收,至少为_______(填字母)。
A. B. C. D.1
②其他条件相同时,石灰乳浆液中分别加入等物质的量的不同亚硫酸盐对NOx去除效率的影响如图所示。0~25min内,Na2SO3对NOx的去除效率明显高于CaSO3的原因是_______。
③下图是环保工业中利用催化反硝化电解法降解水中的示意图,写出阴极的电极反应式_______。
(4)对于反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g),有学者认为分两步完成,其反应历程如图所示。已知第1步反应2NO(g)⇌N2O2(g)(是快反应,会快速建立平衡状态,第2步反应N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)是慢反应。研究发现,在未使用催化剂的条件下,升高温度,总反应速率减慢,其原因可能是_______。
MnO2是重要的化工原料,山软锰矿制备MnO2的一种工艺流程如图:
资料:①软锰矿的主要成分为MnO2,主要杂质有Al2O3和SiO2
②全属离于沉淀的pH
Fe3+ | Al3+ | Mn2+ | Fe2+ | |
开始沉淀时 | 1.5 | 3.4 | 5.8 | 6.3 |
完全沉淀时 | 2.8 | 4.7 | 7.8 | 8.3 |
③该工艺条件下,MnO2与H2SO4反应。
(1)溶出
①溶出前,软锰矿需研磨。目的是____。
②溶出时,Fe的氧化过程及得到Mn2+的主要途径如图所示:
i.步骤II是从软锰矿中溶出Mn2+的主要反应,反应的离子方程式是____。
ii.若Fe2+全部来自于反应Fe+2H+=Fe2++H2↑,完全溶出Mn2+所需Fe与MnO2的物质的量比值为2。而实际比值(0.9)小于2,原因是____。
(2)纯化。已知:MnO2的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO2,后加入NH3·H2O,调溶液pH≈5,说明试剂加入顺序及调节pH的原因:____。
(3)电解。Mn2+纯化液经电解得MnO2。生成MnO2的电极反应式是____。
(4)产品纯度测定。向ag产品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀H2SO4,加热至充分反应。再用cmol·L-1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至终点,消耗KMnO4溶液的体积为dL(已知:MnO2及MnO均被还原为Mn2+。相对分子质量:MnO2-86.94;Na2C2O4-134.0)
产品纯度为____(用质量分数表示)。
煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx(主要成分为NO、NO2的混合物),对烟气进行脱硫、脱硝有多种方法。
(1)碱液吸收法:采用石灰乳脱除SO2.脱除后的主要产物是_____。
(2)液相氧化法:采用 NaClO溶液进行脱除。
①NaClO水解的离子方程式是_____。
②NaClO溶液吸收NO的主要过程如下
i.NO(aq)+HClO(aq)⇌NO2(aq)+HCl(aq) △H1
ii.3NO2(aq)+H2O(1)⇌2HNO3(aq)+NO(aq) △H2
NO(aq)转化为HNO3(aq)的热化学方程式是_____。
③研究pH对NO脱除率的影响。调节 NaClO溶液的初始pH,NO的脱除率如表:
初始pH | 3.5 | 4.5 | 5.5 | 6.5 | 7.5 |
NO脱除率 | 91% | 88% | 83% | 65% | 51% |
pH影响NO脱除率的原因是_____。
(3)研究发现,在液相氧化法中,一定量的SO2能提高NOx的脱除率。当pH=5.5时,SO2对有效氯含量、NOx脱除率的影响如图所示。
①据图1,通入SO2后有效氯含量降低。SO2和HClO反应的离子方程式是_____。
②针对图2中NOx脱除率提高的原因,研究者提出了几种可能发生的反应:
A.SO2+2NO+H2O═N2O+H2SO4
B.2SO2+2NO+2H2O═N2+2H2SO4
C.4SO2+2NO2+4H2O═N2+4H2SO4
用同位素示踪法确认发生的反应:把15NO2和NO按一定比例混合,通入SO2的水溶液中,检测气体产物。
a.气体产物中主要含有15NO2、N2O,则发生的主要反应是_____(填序号)。
b.同时检测到气体产物中还有15N N,产生15N N的化学方程式是_____。