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1 . 环境保护与绿色发展是新时代人们关心的共同话题。NO是大气主要污染物,因此对工业烟气脱硝是工业生产中的重要一环。煤燃烧排放的烟气含有NO,脱除的方法有多种。
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,纽扣式电化学还原器结构单元如图所示,电解时,阴极发生的电极反应式为___________ 。(2)目前常见方法是采用NaClO溶液液相氧化法脱除烟气中的NO,其主要过程如下:
I.NO(aq)+HClO(aq)⇌NO2(aq)+HCl(aq) ΔH=akJ·mol−1
Ⅱ.3NO2(aq)+H2O(l)⇌2HNO3(aq)+NO(aq) ΔH=bkJ·mol−1
①NO(aq)转化为HNO3(aq)的热化学方程式___________ 。
②为提高NO脱除率,工业上常向NaClO溶液中加入稀硫酸调节,溶液初始pH与NO的脱除率如下表所示。
pH影响NO脱除率的原因是___________ 。
(3)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:2NO(g)⇌N2(g)+O2(g)。已知该反应的正反应活化能为728kJ·mol−1,逆反应的活化能为910kJ·mol−1;正反应熵变为-24.8J·K-1·mol−1.实际反应时发现加热至600℃时NO仍没有明显分解,请结合上述数据解释原因________ 。
(4)近期科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C-OH,其电离平衡可表示为C-OH⇌C-O-+H+),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:HNO3+C→C-OH+NO2↑+H2O
预氧化:KMnO4+C→C-OH+MnO2+K2MnO4
预氧化:H2O2+C→C-OH+H2O
吸附:C-OH(s)+NO(g)⇌C-OH…NO(s)ΔH<0
NO吸附实验在25℃下进行,将一定比例的N2与NO混合气体在恒压下,以相同速率持续 通入到等量的、不同预氧化试剂处理的活性炭中(图像中“原始-C”表示未经处理的活性炭),获得“NO捕获率-通气时间”的变化图:已知:
①下列描述正确的是___________ 。
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了H2O2-C
B.若其他条件不变,增大混合气体中N2物质的量分数,吸附平衡会正向移动
C.KMnO4-C在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被MnO2、K2MnO4堵塞
D.升高温度,等量活性炭催化剂吸附的NO分子总数会减少
②相比其他预氧化试剂处理的活性炭,HNO3-C吸附效果更佳,有研究者认为可能是HNO3引入了H+,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释___________ 。
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,纽扣式电化学还原器结构单元如图所示,电解时,阴极发生的电极反应式为
I.NO(aq)+HClO(aq)⇌NO2(aq)+HCl(aq) ΔH=akJ·mol−1
Ⅱ.3NO2(aq)+H2O(l)⇌2HNO3(aq)+NO(aq) ΔH=bkJ·mol−1
①NO(aq)转化为HNO3(aq)的热化学方程式
②为提高NO脱除率,工业上常向NaClO溶液中加入稀硫酸调节,溶液初始pH与NO的脱除率如下表所示。
初始 | 3.5 | 4.5 | 5.5 | 6.5 | 7.5 |
NO脱除率 | 91% | 88% | 83% | 65% | 51% |
(3)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:2NO(g)⇌N2(g)+O2(g)。已知该反应的正反应活化能为728kJ·mol−1,逆反应的活化能为910kJ·mol−1;正反应熵变为-24.8J·K-1·mol−1.实际反应时发现加热至600℃时NO仍没有明显分解,请结合上述数据解释原因
(4)近期科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C-OH,其电离平衡可表示为C-OH⇌C-O-+H+),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:HNO3+C→C-OH+NO2↑+H2O
预氧化:KMnO4+C→C-OH+MnO2+K2MnO4
预氧化:H2O2+C→C-OH+H2O
吸附:C-OH(s)+NO(g)⇌C-OH…NO(s)ΔH<0
NO吸附实验在25℃下进行,将一定比例的N2与NO混合气体在恒压下,以相同速率
①下列描述正确的是
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了H2O2-C
B.若其他条件不变,增大混合气体中N2物质的量分数,吸附平衡会正向移动
C.KMnO4-C在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被MnO2、K2MnO4堵塞
D.升高温度,等量活性炭催化剂吸附的NO分子总数会减少
②相比其他预氧化试剂处理的活性炭,HNO3-C吸附效果更佳,有研究者认为可能是HNO3引入了H+,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释
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解题方法
2 . 二氧化碳甲烷化助力我国2060年前实现“碳中和”,其中涉及的主要反应如下:
反应Ⅰ:CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H=-164.7kJ·mol⁻¹
反应Ⅱ:CO₂(g)+H₂(g) CO(g)+H₂O(g) △H=+41.2kJ·mol⁻¹
回答下列问题:
(1)由热化学方程式可知,反应Ⅰ属于反应_______(填写序号)
(2)动力学研究:在多个1L恒容密闭装置中,分别充入1molCO₂和发生上述反应Ⅰ,在不同温度下反应到10分钟时,测得H₂转化率与温度关系如图1所示。已知该反应的速率方程为,,其中、为速率常数,只受温度影响。
①图1中,至a点的H₂平均反应速率为_______ 。
②图1中,v(a)逆_______ v(c)逆(填“>”、“=”或“<”)。
③图1中c点的对应的是图2中的_______ 点。
④图1中a点的v正,v逆与a点的K(平衡常数)、Q(浓度商)的关系是______ 。
(3)热动力学研究:向10L的恒压密闭装置中充入5mol CO₂和20mol H₂,在不同温度下同时发生上述反应Ⅰ和反应Ⅱ,得到平衡时各含碳物质的物质的量n(X)与温度T的关系如下图所示。
①当反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到化学平衡状态时,维持温度不变,压缩装置体积,则反应Ⅱ的平衡移动方向是_______ (填序号)。
A.正向移动 B.逆向移动 C.不移动 D.无法确定
②曲线Z表示的是_______ (填写含碳元素物质的化学式)的物质的量与温度的关系,简述其在温度段500K~800K物质的量增大的原因_______ 。
③800K时,反应Ⅱ的平衡常数为_______ (计算结果保留两位有效数字)。
反应Ⅰ:CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H=-164.7kJ·mol⁻¹
反应Ⅱ:CO₂(g)+H₂(g) CO(g)+H₂O(g) △H=+41.2kJ·mol⁻¹
回答下列问题:
(1)由热化学方程式可知,反应Ⅰ属于反应_______(填写序号)
A.高温自发 | B.低温自发 | C.恒自发 | D.恒不自发 |
①图1中,至a点的H₂平均反应速率为
②图1中,v(a)逆
③图1中c点的对应的是图2中的
④图1中a点的v正,v逆与a点的K(平衡常数)、Q(浓度商)的关系是
(3)热动力学研究:向10L的恒压密闭装置中充入5mol CO₂和20mol H₂,在不同温度下同时发生上述反应Ⅰ和反应Ⅱ,得到平衡时各含碳物质的物质的量n(X)与温度T的关系如下图所示。
①当反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到化学平衡状态时,维持温度不变,压缩装置体积,则反应Ⅱ的平衡移动方向是
A.正向移动 B.逆向移动 C.不移动 D.无法确定
②曲线Z表示的是
③800K时,反应Ⅱ的平衡常数为
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