Question

【題目】CO 還原脫硝技術可有效降低煙氣中的NOx的排放量。回答下列問題：

I．CO 還原NO 的脫硝反應：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g) △H

（1）汽車在行駛過程中會產生有害氣體CO、NO，它們之間能發生上述反應:

① 該反應平衡常數K表達式為_________；

② 該反應的K極大（570 K時為1×1059），但汽車上仍需裝備尾氣處理裝置，其可能原因是_______；

（2）以Mn3O4 為脫硝反應的催化劑，研究者提出如下反應歷程，將歷程補充完整。

第一步：_________；

第二步：3MnO2＋2CO＝Mn3O4＋2CO2

（3）在恒溫恒容的密閉容器中，充入等物質的量的CO 和NO 混合氣體，加入Mn3O4 發生脫硝反應，t0 時達到平衡，測得反應過程中CO2 的體積分數與時間的關系如右圖所示。

① 比較大�。�a處v正______b處v逆（填“＞”、“＜”或“=”）

② NO 的平衡轉化率為_______。

II．T℃時，在剛性反應器中發生如下反應：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)，化學反應速率v =kPm(CO)Pn( NO2)，k 為化學反應速率常數。研究表明，該溫度下反應物的分壓與化學反應速率的關系如下表所示：

（4）若反應初始時P(CO)=P(NO2)=a kPa，反應t min時達到平衡，測得體系中P(NO)=b kPa，則此時v=_________kPa·s-1（用含有a和b的代數式表示，下同），該反應的化學平衡常數Kp=_________（Kp是以分壓表示的平衡常數）。

Answer 1

【答案】K= 化學反應速率慢 Mn3O4＋2NO＝3MnO2＋N2 ＞ 80 % 9×10-5(a－b)2

【解析】

(1)①平衡常數K等于生成物濃度冪積與反應物濃度冪積之比；②反應的平衡常數極大(570K時為1×1059)，但反應速率可能極慢；

(2)根據①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2分析解答；

(3)①a點反應正向進行，b點反應達到平衡狀態；②結合三段式列式計算；

(4)根據表格數據分析判斷化學反應速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，m=1，n=1，據此計算化學反應速率常數k，再利用三段式列式計算。

I．(1)①平衡常數K等于生成物濃度冪的積與反應物濃度冪的積之比，所以反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的平衡常數K=，故答案為：K=；

②反應的平衡常數極大，但反應速率極慢，裝備尾氣處理裝置可提高反應速率，有利于尾氣的轉化速率，故答案為：化學反應速率慢；

(2)①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，②3MnO2+2CO=Mn3O4+2CO2，以Mn3O4為脫硝反應的催化劑，則①-②得到反應的第一步：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2，故答案為：Mn3O4+2NO=3MnO2+N2；

(3)①a點反應正向進行，v正＞v逆，隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，b點反應達到平衡狀態v正=v逆，因此a處v正＞b處v逆，故答案為：＞；

②在恒溫恒容的密閉容器中，充入等物質的量的CO和NO混合氣體，設物質的量為1mol，根據圖像，平衡時，二氧化碳體積分數50%，設生成氮氣為x，

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)，

起始(mol)1 1 0 0

變化(mol) 2x 2x 2x x

平衡(mol) 1-2x1-2x 2x x

則=50%，解得：x=0.4mol，NO的平衡轉化率=×100%=80%，故答案為：80%；

(4)化學反應速率v=k Pm(CO)Pn( NO2)，k 為化學反應速率常數，結合圖表數據得到：m=1，n=1，化學反應速率常數k=，

CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)

起始量/span> a a 0 0

變化量 b b b b

平衡量 a-b a-b b b

此時v=k P(CO)P( NO2)=×(a-b)(a-b)=9×10-5(a-b)2；反應前后氣體物質的量不變，氣體壓強不變，可以利用氣體壓強代替氣體分壓計算平衡常數，則K=，故答案為：9×10-5(a-b)2；。