Question

研究NO₂、NO、CO污染物处理，对建设美丽中国具有重要意义。

（1）①NO₂(g)+CO(g)==CO₂(g)+NO(g)  △H₁=-234.00kJ/mol

②1/2N₂(g)+1/2O₂(g)=NO(g)  △H₂=-89.75kJ/mol

③2NO(g)+O₂(g)==2NO₂(g)  △H₃=-112.30kJ/mol。

若NO₂气体和CO气体反应生成无污染气体，其热化学方程式为______________。

（2）某温度下，向10L密闭容器中分别充入0.1molNO₂和0.2molCO，发生反应：2NO₂(g)+4CO(g)=N₂(g)+4CO₂(g) ，经10min反应达到平衡，容器的压强变为原来的。

①0～10min内，CO的平均反应速率v(CO)=__________；

②若容器中观察到_____ ，可判断该反应达到平衡状态；

③为增大污染物处理效率，起始最佳投料比为______；

④平衡后，仅将CO、CO₂气体浓度分别增加一倍，则平衡_____(填“右移”或“左移”或“不移动”)。

（3）在高效催化剂作用下用NH₃还原NO₂进行污染物处理。

①相同条件下，选用A、B、C三种催化剂进行反应，生成氮气的物质的量与时间变化如图a。活化能最小的是______(用E(A)、E(B)、E(C)表示三种催化剂下该反应活化能)。

②在催化剂A作用下测得相同时间处理NO₂的量与温度关系如图b。试说明图中曲线先增大后减小的原因________(假设该温度范围内催化效率相同)。

（4）有人设想在含有NO₂的酸性污水中加人填充有铝粉的多孔活性炭颗粒进行水的净化。试结合电极反应说明多孔活性炭的主要作用_____。

Answer

2NO2(g) +4CO(g)=4CO2(g)+N2(g)  △H=-868.8 kJ/mol 4×10-4mol/ (L.min) 体系内气体颜色不再改变 不移动 E(A) 低于300℃，反应未达到平衡，温度升高，反应速率加快；高于300℃，反应已平衡，随温度升高，反应逆向进行 活性炭在与铝粉形成的原电池中作正极，发生反应2NO2+8H++8e-=N2 ↑+4H2O，将NO2 转化为无污染物质N2

【解析】（1）反应①×4－②×2＋③×1得到：2NO2(g) +4CO(g)=4CO2(g)+N2(g)  △H=-868.8 kJ/mol。

（2） 2NO2(g) + 4CO(g) = N2(g) + 4CO2(g)

起始： 0.1 0.2 0 0

反应： x 2x x/2 2x

平衡： 0.1－x 0.2－2x x/2 2x

恒温恒容压强的比等于气体的物质的量的比，所以 ，解得x=0.02mol。

①由上参加反应的CO为0.04mol，反应速率为= 4×10-4mol/ (L.min)。

②反应达平衡以后所有物质的浓度都不变化，因为NO2的浓度不变，所以体系的颜色应该也不变化，则观察到颜色不变，证明反应达平衡。

③为增大污染物处理效率，应该保证反应尽量转化为生成物，即两个反应物都不过量，所以起始最佳投料比为。

④达平衡时一定有Q=K，现在仅将CO、CO2气体浓度分别增加一倍，因为两者的系数相等，且一个在分子一个在分母，所以浓度商的比值Q不变，即Q依然等于K，反应平衡不移动。

（3）①一般来说，反应的活化能越小，反应的速率越快，所以E(A)最小。

②曲线为在催化剂A作用下测得相同时间处理NO2的量与温度关系，则曲线上的点不一定代表平衡态。反应速率慢的时候，该时间段不能达平衡，则速率越快，反应的量越多；反应速率很快的时候，反应达平衡，则温度越高，平衡逆向移动，反应的量减少。所以原因为：低于300℃，反应未达到平衡，温度升高，反应速率加快；高于300℃，反应已平衡，随温度升高，反应逆向进行。

（4）明显这个处理过程是原电池，加入铝和碳就组成了原电池的两个电极，铝为负极，碳为正极，其表面应该发生NO2得电子转化为氮气的反应，所以方程式为：2NO2+8H++8e-=N2 ↑+4H2O。