含氮污染物的有效去除和资源的充分利用是重要研究课题,回答下列问题:
(1)利用工业尾气NO
2与O
3反应制备新型硝化剂N
2O
5,过程涉及以下反应:
Ⅰ.2O
3(g)=3O
2(g)
△H
1 平衡常数为K
1Ⅱ.4NO
2(g)+O
2(g)=2N
2O
5(g)
△H
2 平衡常数为K
2Ⅲ.2NO
2(g)+O
3(g)=N
2O
5(g)+O
2(g)
△H
3平衡常数为K
3平衡常数K与温度T的函数关系为
、
、
,其中x、y、z为常数。
①K
1=
________(用含K
2、K
3的等式表示)。
②反应
△H
2________0 (填>或<),反应Ⅰ
________(填“高温“、“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
③平衡常数与温度的函数关系式和②中一致,则
的取值范围是
________。(填序号)
A.<-2
B.-2~0
C.0~2
D.>2
(2)NH
3与O
2作用分别生成N
2、NO和N
2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH
3可通过催化氧化为N
2除去,将一定比例的NH
3和N
2的混合气体以一定的流速通过装有催化剂的反应管,NH
3的转化率、N
2的选择性
与温度的关系如图所示。
①其他条件不变,在175~300℃范围内升高温度,出口处氮氧化合物的含量
____(填“增大”或“减小“)。
②综合上述信息,需研发
________(填“高温“或“低温“)下N
2选择性和催化效果更高的催化剂,能更有效除去尾气中的NH
3。
(3)在催化剂条件下发生反应:2NO(g)+2CO(g)
⇌N
2(g)+2CO
2(g)可消除NO和CO对环境的污染。为探究温度对该反应的影响,实验初始体系中气体分压p(CO)=p(NO)且p(CO
2)=2p(N
2),测得反应体系中CO和N
2的分压随时间变化情况如表所示。
时间/min | 0 | 30 | 60 | 120 | 180 |
200℃ | CO的分压/kPa | 4 | 8.8 | 13 | 20 | 20 |
N2的分压/kPa | 48 | 45.6 | 43.5 | 40 | 40 |
300℃ | CO的分压/kPa | 100 | 69.0 | 48 | 48 | 48 |
N2的分压/kPa | 10 | 25.5 | 36 | 36 | 36 |
200℃时,该反应的化学平衡常数K
p=
_______(kPa)
-1[K
p表示平衡常数计算表达式中用分压代替浓度计算所得的值],该反应的
△H
_________0(填“>“或“<“)。