Question

【題目】氮的化合物應(yīng)用廣泛，但其對環(huán)境造成污染進(jìn)行治理已成為環(huán)境科學(xué)的重要課題。請回答下列問題：

（1）在汽車的排氣管上加裝催化轉(zhuǎn)化裝置可減少NOx的排放。研究表明，NOx的脫除率除與還原劑、催化劑相關(guān)外，還取決于催化劑表面氧缺位的密集程度。以(A、B均為過渡元素）為催化劑，用H2還原NO的機(jī)理如下：

第一階段：(不穩(wěn)定)+H2→低價態(tài)的金屬離子(還原前后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變）

第二階段：

……

注：□表示催化劑表面的氧缺位，g表示氣態(tài)，a表示吸附態(tài)

第一階段用氫氣還原B4+得到低價態(tài)的金屬離子越多，第二階段反應(yīng)的速率越快，原因是_________________。第二階段中各反應(yīng)關(guān)系在該溫度下，NO脫除反應(yīng)的平衡常數(shù)_________________ (用的表達(dá)式表示）。

（2）為研究汽車尾氣轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)有關(guān)反應(yīng)，在密閉容器中充入10molCO和8molNO,發(fā)生反應(yīng)，如圖為平衡時的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系。

①該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為在提高反應(yīng)速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有_________________(填字母序號)

a.改用高效催化劑b.縮小容器的體積c.升高溫度d.增加CO的濃度

②壓強(qiáng)為10MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進(jìn)行到20min達(dá)到平衡狀態(tài)，容器的體積為4L，用CO2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率_________________，該溫度下平衡常數(shù)Kp=_________________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);保留兩位有效數(shù)字）。

（3）近年來，地下水中的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。在金屬Pt、Cu和銥(Ir)的催化作用下，密閉容器中的H2可高效轉(zhuǎn)化酸性溶液中的硝態(tài)氮()，其工作原理如圖所示

①Ir表面發(fā)生反應(yīng)的方程式為_________________;若導(dǎo)電基體上的Pt顆粒增多，造成的后果是_________________。

Answer 1

【答案】還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，價態(tài)降低，氧缺位增多，反應(yīng)速率加快 bd 0.089MPa-1 若Pt顆粒增多，更多轉(zhuǎn)化為存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，產(chǎn)生有污染的氣體

【解析】

根據(jù)題中信息還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，價態(tài)降低，則氫氣需要增多，導(dǎo)致氫與氧結(jié)合后氧缺位增多，催化劑表面氧缺位的密集程度越多，反應(yīng)速率越快，根據(jù)方程式變化分析平衡常數(shù)的乘除及平方，利用影響反應(yīng)速率的因素和平衡移動分析，根據(jù)三段式建立關(guān)系進(jìn)行計算速率和壓強(qiáng)平衡常數(shù)，根據(jù)圖中信息分析反應(yīng)方程式和影響因素。

(1)第一階段用氫氣還原B4+得到低價態(tài)的金屬離子越多，第二階段反應(yīng)的速率越快，原因是還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，價態(tài)降低，則氫氣需要越多，導(dǎo)致氫與氧結(jié)合后氧缺位增多，反應(yīng)速率加快。第二階段中各反應(yīng)關(guān)系在該溫度下，將第二階段的第一個方程式乘以2，加上第二個、第三個方程式得到，方程式相加，平衡常數(shù)相乘，方程式二倍，則平衡常數(shù)為平方，即第一個平衡常數(shù)的平方乘以第二個第三個的平衡常數(shù)，因此NO脫除反應(yīng)的平衡常數(shù)；故答案為：還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，價態(tài)降低，氧缺位增多，反應(yīng)速率加快；。

(2)①a．改用高效催化劑，只能提高速率，不能改變NO轉(zhuǎn)化率，故a不符合題意；b．縮小容器的體積，相當(dāng)于加壓，速率增大，平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率提高，故b符合題意；c．升高溫度，速率增大，平衡向吸熱反應(yīng)即逆向移動，NO轉(zhuǎn)化率降低，故c不符合題意；d．增加CO的濃度，速率加快，平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，故d符合題意；綜上所述，答案為bd。

②，根據(jù)NO的體積分?jǐn)?shù)為25%得，解得x=2mol，因此CO2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率，該溫度下平衡常數(shù)；故答案為：；0.089MPa-1。

(3)①Ir表面是氫氣和一氧化二氮反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，其反�?yīng)的方程式為；若導(dǎo)電基體上的Pt顆粒增多，根據(jù)圖中信息得出若Pt顆粒增多，更多轉(zhuǎn)化為存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，產(chǎn)生有污染的氣體；故答案為：若Pt顆粒增多，更多轉(zhuǎn)化為存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，產(chǎn)生有污染的氣體。