研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意...

研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。工业上处理氮的氧化物途径有多种:

Ⅰ.碱吸法。

（1）利用纯碱溶液吸收NO、NO2，发生的反应共生成两种盐，请写出有关氧化还原方程式：______________________________________、NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2

Ⅱ.催化氧化法：城市中NOx和CO污染主要来源于汽车尾气，可以利用化学方法将其转化为无毒无害的物质。

（2）已知：N2(g)＋O2(g)2NO(g)　 ΔH＝＋180 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)　 ΔH＝－564 kJ·mol－1

请写出把汽车尾气转化为无毒无害的物质的热化学方程式：__________________________

（3）为研究汽车尾气转化为无毒无害的物质有关反应,在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，可采取的措施有__________（填字母序号）。

a．改用高效催化剂　　　 b．缩小容器的体积　　　 c．升高温度　　 d．增加CO的浓度

②压强为10 MPa、温度为T1下，若反应进行到20 min达到平衡状态，容器的体积为4 L，用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)＝_______，该温度下平衡常数Kp＝______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；保留两位有效数字）。

③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的______点。

Ⅲ. 电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图。

（4）N极的电极反应式为________。

（5）在25℃时，将a mol·L－1的氨水与0.1mol·L－1的硝酸等体积混合后溶液显中性，用含a的代数式表示NH4NO3的水解常数Kh＝_____________。

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研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1)已知：C(s)+O2(g)CO2(g)　　 △H=－393.5kJ/mol

N2(g)+O2(g)2NO(g)　　 △H=+180 kJ/mol

则C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的△H=___________ kJ/mol

(2)用焦炭还原NO2的反应为2 C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)，向两个容积均为2L、反应温度分别为T1℃、T2℃的恒温恒容密闭容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO2，测得各容器中n(NO2)随反应时间t的变化情况如图所示；

①T1___________T2(填“>”或“<”)，该反应为___________(填“放热”或“吸热”)反应。

②T2℃时，40～80min，用N2的浓度变化表示的平均反应速率为v(N2)=___________，此温度下的化学平衡常数K=___________。

③T2℃下，120min时，向容器中再加入焦炭和NO2各1mol，在t时刻达到平衡时，NO2的转化率比原平衡时___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)工业上消除氮氧化物的常用方法是SCR(选择性催化还原)脱硝法，反应原理为：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　　 △H<0

①SCR法除NO，投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是___________、___________。

当反应温度过高时，会发生以下副反应：2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g)；4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

②某科研小组通过系列实验，分析得出脱硝率与氨氮比[ NH3/NOx表示氨氮比]、温度的关系如图所示，从图一可以看出，最佳氨氮比为2.0，理由是______________________；由图二可知，当温度高于405℃后，脱硝率会逐渐减小，原因是______________________。

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研究碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等大气污染物的处理，对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　 ΔH1=-41.2kJ·mol-1

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　　 ΔH2=+247.3kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　　 ΔH3=-1160.0kJ·mol-1

则2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，ΔH=___ kJ·mol-1。

（2）氮氧化物和硫氧化物在一定条件下会发生反应，NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)　　 ΔH<0，从而实现物质转换降低能耗。某化学小组对该反应进行相关实验探究：在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测得NO2的平衡转化率如图所示：

①如果要将图中B点改变为A点，应采取的措施是___；

②若B点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0mol·L-1，经过tmin达到平衡状态，该时段反应速率υ（NO2）=____mol·L-1·min-1，化学平衡常数K=___；

③图中B、C两点对应的实验温度分别为TB和TC，通过计算判断TB__TC（填>、=、或<）。

（3）SCR（选择性催化还原）脱硝法是工业上消除氮氧化物的常用方法。主要反应原理为：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　　 ΔH<0。其他条件相同在甲、乙两种催化剂作用下，经过相同时间，NO转化率与温度的关系如图所示。

①工业上选择催化剂____（填“甲”或“乙”）原因是____。

②在催化剂甲的作用下，图中M点处（对应温度为210℃）NO的转化率___（填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）该温度下的平衡转化率。高于210℃时NO的转化率降低的原因可能是___。

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运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1) 用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的 活性炭和NO，发生 反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)△H=QkJ/mol。 在T1℃时，反应进行到不同时间(min) 测得各物质的浓度(mol/L) 如下：

①30min 后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是________(填字母编号)

a.通入一定量的NO　　　　　　 b.加入定量的活性炭

c.加入合适的催化剂　　　　　　 d.适当缩小容器的体积

② 若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3: 1: 1，则Q_____ 0 (填“>”或“<”<)。

(2) 某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，则得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应：NO+CON2+CO2( 有CO)　 2NON2+ O2 (无CO)

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为: __________；在n(NO)/n(CO)= 1的条件下，应控制最佳温度在_______左右。

②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染，写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式_________________。

③以NO2、O2 熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为__________________。

(3) 天然气的一个重要用途是制取氢气，其原理如下：

已知:① 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)　　　　 △H1

②CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　　　 △H2

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　　　　　 △H3

1)科学家提出一种利用天然气制备氢气的方法: CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)　 △H=_____

2)这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决环境问题是_________。

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（13分）运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=Q kJ/mol。在T1℃时，反应进行到不同时间（min）测得各物质的浓度（mol/L）如下：

①0～10min内，NO的平均反应速率v(NO)=______，T1℃时，该反应的平衡常数K=　　　　　　　　　　 ；

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是______（填字母编号）。

a．通入一定量的NO　　　　　　　　 　　　　　　 b．加入一定量的活性炭

c．加入合适的催化剂　　　　　　 　　　　　　 d．适当缩小容器的体积

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3：1：1，则Q______0（填“＞”或“＜”）。

④在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______（填选项编号）。

a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO2（g）

b．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变

c．混合气体的密度不再发生改变

d．反应体系的压强不再发生改变

（2）某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应：

NO+CON2+CO2（有CO）　　 2NON2+O2（无CO）

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为　　　　　　　　　　　　　　 ；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在　　　　　　　　 左右。

②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染。写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式　　　　 。

（3）以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为　　　　　　　　　　　　 。

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(14分)运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）某硝酸厂处理尾气中NO的方法是：催化剂存在时用H2将NO还原为N2。已知：

则氮气和水蒸气反应生成氢气和一氧化氮的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）在压强为0.1 Mpa条件，将a mol CO和3a mol H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。

①该反应的平衡常数表达式为________________。

②若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________。

A．升高温度

B．将CH3OH从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大

（3）某研究小组在实验室研究某催化剂效果时，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图。

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为________；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在________左右。

②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染。

写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式________________。

（4）以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如右图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为________________________。

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“绿水青山就是金山银山”，运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对工业生产、缓解环境污染、解决能源危机等具有重要意义。

(1)已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g)　　 △H1=-393．5kJ/mol

②C(s)+CO2(g)=2CO(g)　　　　 △H2=+172．5kJ/mol

③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)　　 △H3=-1651．0kJ/mol

CO还原氧化铁的热化学方程式为_____________。

(2)氢硫酸、碳酸均为二元弱酸，其常温下的电离常数如下表：

①煤的气化过程中产生的有害气体H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，该反应的离子方程式为_______；

②常温下，0.1mol·L-1 NaHCO3溶液和0.1mol·L-1 NaHS溶液的pH相比，pH较小的为________ 溶液(填化学式)。

(3)一定条件下，向某恒容密闭容器中充入x mol CO2和y mol H2，发生反应：CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH (此反应在低温时为自发反应)。

①下图能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系曲线为_____(填“a”或“b”)，其判断依据是__________。

②若x=2、y=3，测得在相同时间内不同温度下H2的转化率如下图所示，则在该时间段内，恰好达到化学平衡时，此时容器内的压强与反应开始时的压强之比为_____________。

(4)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。

①NH3与NO2生成N2的反应中，当生成28g N2时，转移的电子数为____mol(结果保留三位有效数字)。

②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置如图1)。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是______；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____。

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运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

（1）乙醇是一种重要的燃料，工业上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)　 ΔH，已知乙烯、乙醇的燃烧热分别是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，则ΔH=_____________。

（2）用Cu2Al2O4作催化剂，一定条件下发生反应：CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率的关系如图，回答下列问题：

①200~250℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

②300~400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

（3）甲醇作为一种重要的化工原料。在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)　 ΔH=-29.1kJ/mol。向体积为1L的密闭容器中充入3mol CH3OH(g)和3mol CO(g)，测得容器内的压强(p: kPa) 随时间(t: min) 的变化关系如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改变的反应条件是_______________________。

②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ中改变的反应条件是_________________，判断的理由是________________________。

③反应Ⅰ在5min 时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v(CH3OH)= ________________。

④反应Ⅱ在2min 时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ)= ______________。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡_______移动(填“正向”“逆向”或“不”)，原因是____________________________________________。

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运用化学反应原理研究碳、氮、硫的化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1)有科学家经过研究发现，用CO2和H2在210~ 290℃， 催化剂条件下可转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。230℃，向容器中投入0.5mol CO2和1.5mol H2.当CO2平衡转化率达80%时放出的热量为19. 6kJ，写出该反应的热化学方程式∶___________。

(2)在2L密闭容器中，起始投人4mol CO和6mol H2，在一定条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示∶ (已知：T1＜T2)

①则K1_______(填“＞”“＜”或“=”) K2，原因是_________________。

②在T2下，经过10s达到化学平衡状态，则0~ 10s内H2的平均速率v(H2)为_______，若维持条件不变再向容器中充入CO、H2和CH3OH各1mol，则v正_________(填“＞”“＜”或“=”)v逆。

(3)某科研小组设计的一个氮氧化物原电池 ，两边的阴影部分为 a、b惰性电极，分别用导线与烧杯的m、n惰性电极相连接，工作原理如图：

①b极的电极反应式为_______________________。

②当有0.2mol O2-通过固体电解质时，则烧杯中m处的产物的物质的量为________。

(4)处理烟气中SO2，也可采用碱液吸收法，已知25°C时，K(NH3 ∙H2O)=1.8×10-5； Kcp(CaSO4)=7.1×10-5.

第1步∶用过量的浓氨水吸收SO2，并在空气中氧化；

第2步∶加入石灰水，发生反应K。计算第2步中反应的K=_____________(列出计算式即可)。

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“绿水青山就是金山银山”，运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1)CO 还原 NO 的反应为 2CO(g)+ 2NO(g)⇌2CO2 (g)+ N2 (g) ∆H= -746kJ•mol-1。部分化学键的键能数据如下表(CO 以 C≡O 键构成)：

① 由以上数据可求得 NO 的键能为________________kJ·mol-1。

② 写出两条有利于提高 NO 平衡转化率的措施______________。

(2)一定条件下，向某恒容密闭容器中充入 x mol CO2 和 y mol H2，发生的反应CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH= −50 kJ•mol−1。

①图中能表示该反应的平衡常数 K 与温度 T 之间的变化关系曲线为____________ (填“a”或“b”)，其判断依据是________ 。

②若 x=2、y=3，测得在相同时间内不同温度下 H2 的转化率如图所示，则在该时间段内， 恰好达到化学平衡时，此时容器内的压强与反应开始时的压强之比为________。

(3)在有氧条件下，新型催化剂 M 能催化 NH3 与 NOx 反应生成 N2。

① NH3 与 NO2 生成 N2 的反应中，当生成 28g N2 时，转移的电子数为_______________mol(结果保留三位有效数字)。

② 将一定比例的 O2、NH3 和 NOx 的混合气体，匀速通入装有催化剂 M 的反应器中反应(装置如图)。

反应相同时间 NOx 的去除率随反应温度的变化曲线如图所示：

在 50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_______________；当反应温度高于 380 ℃时，NOx 的去除率迅速下降的原因可能是_________。

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