Question

【題目】石嘴山市打造“山水園林城市”，因此研究NOx、SO2等大氣污染物的妥善處理具有重要意義。

(1)SO2的排放主要來自于煤的燃燒，工業(yè)上常用氨水吸收法處理尾氣中的SO2。

已知吸收過程中相關反應的熱化學方程式如下：

①SO2(g)+NH3·H2O(aq)= NH4HSO3(aq) ΔH1=a kJ/mol；

②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=b kJ/mol；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=c kJ/mol。

則反應2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的ΔH=______kJ/mol。

(2)燃煤發(fā)電廠常利用反應2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g) ΔH =681.8 kJ/mol對煤進行脫硫處理來減少SO2的排放。對于該反應，在溫度為TK時，借助傳感器測得反應在不同時間點上各物質的濃度如下：

時間/min 濃度/mol·L1	0	10	20	30	40	50
O2	1.00	0.79	0.60	0.60	0.64	0.64
CO2	0	0.42	0.80	0.80	0.88	0.88

①0～10 min內(nèi)，平均反應速率v(SO2)=_____mol/(L·min)。

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡。根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷，改變的條件可能是_____（填字母）。

A．通入一定量的O2 B．加入一定量的粉狀碳酸鈣

C．適當縮小容器的體積 D．加入合適的催化劑

(3)NOx的排放主要來自于汽車尾氣，有人利用反應C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=34.0 kJ/mol，用活性炭對NO進行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C和一定量的NO氣體，保持恒壓測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖所示：

由圖可知，1050K前反應中NO的轉化率隨溫度升髙而增大，其原因為_______；在1100K時，CO2的體積分數(shù)為______。

(4)用某物質的平衡分壓代替其物質的量濃度也可以表示化學平衡常數(shù)（記作Kp）。在1050K、1.1×106 Pa時，該反應的化學平衡常數(shù)Kp=____[已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓(P)×體積分數(shù)]。

(5)汽車尾氣還可利用反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=746.8 kJ/mol，實驗測得，v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)（k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關）。

①達到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數(shù)____（填“>”“<”或“=”）k逆增大的倍數(shù)。

②若在1L的密閉容器中充入1 molCO和1 mol NO，在一定溫度下達到平衡時，CO的轉化率為40%，則k正︰k逆=_____。

Answer 1

【答案】2a+2b+c 0.042 AC 1050K前反應未達到平衡狀態(tài)，隨著溫度的升高，反應速率加快，NO轉化率增大 20% 4 <

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將三個已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)①先計算出0～10 min內(nèi)的v(CO2)，然后根據(jù)化學反應速率與物質關系計算v(SO2)；

②根據(jù)影響物質濃度及化學平衡的因素分析；

(3)反應在1050K時達到平衡，根據(jù)溫度對化學反應速率和化學平衡移動的影響分析解答；根據(jù)1100K時NO的轉化率計算其體積含量；

(4)根據(jù)平衡常數(shù)的含義。利用氣體的物質的量的比等于氣體產(chǎn)生的壓強比計算平衡常數(shù)Kp；

(5)①根據(jù)溫度升高，反應速率加快，化學平衡向吸熱反應方向移動分析速率常數(shù)的變化；

②根據(jù)反應達到平衡時，正反應、逆反應速率相等，結合物質的轉化率計算k正︰k逆。

(1)已知①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) ΔH1=akJ/mol；

②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=bkJ/mol；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=ckJ/mol。

將①×2+②×2+③，整理可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=(2a+2b+c)kJ/mol。

(2)①先計算出0～10 min內(nèi)的v(CO2)= mol/(L·min)，根據(jù)化學方程式可知：v(SO2)=v(CO2)=0.042 mol/(L·min)；

②A.通入一定量的O2 ，可以使氧氣的濃度增大，化學平衡正向移動，使CO2的濃度也隨之增大，A正確；

B.加入一定量的粉狀碳酸鈣，由于該物質是固體，濃度不變，因此對氧氣機二氧化碳的濃度無影響，B錯誤；

C.適當縮小容器的體積，單位體積內(nèi)O2、CO2的物質的量增加，物質的濃度也都增大，C正確；

D.加入合適的催化劑，對化學平衡無影響，因此不能改變O2、CO2的物質的量濃度，D錯誤；

故合理選項是AC；

(3)反應在1050K時達到平衡，在1050K前反應未達到平衡，升高溫度，化學反應速率加快，更多的反應物反應轉化為生成物，物質NO的轉化率提高；當溫度高于1050K時，由于該反應的正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應方向移動，反應物NO的轉化率降低；根據(jù)圖像可知：在1100K時NO的轉化率是40%。對于化學反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)假設開始時NO的物質的量為1mol，用平衡三段式法計算：

可逆反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

開始n(mol) 1 0 0

轉化n(mol) 0.4 0.2 0.2

平衡n(mol) 0.6 0.2 0.2

在1100K時，CO2的體積分數(shù)為×100%=20%；

(4)在1050K時NO的轉化率為80%，假設反應開始時NO的物質的量為1mol，用三段式法計算：可逆反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

開始n(mol) 1 0 0

轉化n(mol) 0.8 0.4 0.4

平衡n(mol) 0.2 0.4 0.4

在同一條件下，氣體的物質的量的比等于氣體產(chǎn)生的壓強之比，由于p(總)= 1.1×106 Pa p(NO)= p(總)= p(總)；p(CO2)=p(N2)= p(總)；

則該反應用平衡分壓表示的化學平衡常數(shù)Kp==4；

(5)①達到平衡后，在其他條件不變時，升高溫度，化學反應速率加快，由于v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，V增大，說明k正、k逆增大，由于升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，說明逆反應速率增大的倍數(shù)大于正反應速率增大的倍數(shù)，所以k正的倍數(shù)<k逆增大的倍數(shù)；

②若在1L的密閉容器中充入1 molCO和1 mol NO，在一定溫度下發(fā)生該反應，達到平衡時，CO的轉化率為40%，

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

開始c(mol) 1 1 0 0

轉化c(mol) 0.4 0.4 0.2 0.4

平衡c(mol) 0.6 0.6 0.2 0.4

由于反應達到平衡時，V正=V逆，所以k正·c2(NO)·c2(CO)= k逆·c(N2)·c2(CO2)，則k正︰k逆=。