Question

15．煙氣的主要污染物是SO₂、NOx，經(jīng)臭氧預(yù)處理后再用適當(dāng)溶液吸收，可減少煙氣中SO₂，、NOx的含量．O₃氧化煙氣中SO₂、NOx的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
③SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）反應(yīng)④3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3 kJ•mol^-1．
（2）臭氧脫硝反應(yīng)⑤2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）能自發(fā)進(jìn)行．在溫度為T₁K時，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1mol O₃和2mol NO₂，發(fā)生上述反應(yīng)⑤，經(jīng)25分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測得平衡時N₂O₅（g）的濃度為0.25mol•L^-1．
①判斷該反應(yīng)的△S＜0，△H＜0（填＞、＜或=）．
②在溫度為T₁K時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．
③下列說法正確的是CD．
A．從反應(yīng)開始到達(dá)平衡，NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=0.04mol•L^-1•min^-1
B．T₁K時，若起始時向容器中充入1mol O₃、2mol NO₂、1mol O₂和1mol N₂O₅氣體，則反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）＜v（逆）
C．若改變反應(yīng)溫度為T₂K，測得平衡時NO₂的濃度為0.60mol•L^-1，則T₂＞T₁
D． T₁K時反應(yīng)達(dá)平衡時容器的體積為2L，若維持T₁K壓縮容器使NO₂轉(zhuǎn)化率為60%，則此時容器的體積約為0.71L
④若維持其他條件不變，僅改變溫度為T₂K時，經(jīng)15分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測得平衡時N₂O₅（g）的濃度為0.20mol•L^-1．畫出在T₂K下從0到25分鐘c（NO₂）隨時間變化圖1．

（3）室溫下，若進(jìn)入反應(yīng)器的NO、SO₂的物質(zhì)的量一定，改變加入O₃的物質(zhì)的量，反應(yīng)一段時間后體系中n（NO）、n（NO₂）和n（SO₂）隨反應(yīng)前n（O₃）：n（NO）的變化見圖2．
①當(dāng)n（O₃）：n（NO）＞1時，反應(yīng)后NO₂的物質(zhì)的量減少，其原因是O₃將NO₂氧化成更高價氮氧化物（或生成了N₂O₅）．
②增加n（O₃），O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，其可能原因是SO₂與O₃的反應(yīng)速率慢．
（4）工業(yè)上常采用將反應(yīng)生成物移出平衡體系以提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率．對臭氧脫硫反應(yīng)③SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g），在不改變反應(yīng)物投料下可采取增壓的措施提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，可能的理由是增壓可能使SO₃轉(zhuǎn)為非氣體物從平衡混合物中分離，從而使平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動．

Answer 1

分析 （1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），△H進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，說明△H-T△S＜0，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，即該反應(yīng)的△S＜0；
 ②先計(jì)算平衡時各物質(zhì)濃度，再代入K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）．c（{O}_{3}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
③A．NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$；
B．計(jì)算此時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）、v（逆）相對大��；
C．根據(jù)NO₂的濃度變化判斷改變溫度平衡移動方向，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動、降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動；
D．根據(jù)二氧化氮的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時各組分物質(zhì)的量，再結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算容器體積；
④二氧化氮的起始濃度不變?yōu)?mol/L，根據(jù)平衡時N₂O₅（g）的濃度可以計(jì)算15min平衡時二氧化氮的濃度，據(jù)此作圖；
（3）①O₃具有強(qiáng)氧化性，可以氧化NO₂；
②O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，可能是反應(yīng)速率慢；
（4）反應(yīng)前后氣體體積不發(fā)生變化，而增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動，應(yīng)是加壓后生成物轉(zhuǎn)化為非氣體．

解答 解：（1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），則△H=（-200.9kJ•mol^-1）+2（-58.2kJ•mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案為：-317.3；
（2）①正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，即該反應(yīng)的△S＜0，由于反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，說明△H-T△S＜0，可推知△H＜0，
故答案為：＜；＜；
②向體積為2L的恒容密閉容器中充入1mol
O₃的起始濃度為$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，NO₂的起始濃度為$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，經(jīng)25分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測得平衡時N₂O₅（g）的濃度為0.25mol•L^-1，則：
                           2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始濃度（mol/L）：1             0.5            0              0
變化濃度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
平衡濃度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）．c（{O}_{3}）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{2}×0.25}$=1，
故答案為：1；
③A．NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{25min}$=0.02mol•L^-1•min^-1，故A錯誤；
B．此時的濃度商Qc=$\frac{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×\frac{1}{2}}$=0.5＜k=1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡，故反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）＞v（逆），故B錯誤；
C．T₂K平衡時NO₂的濃度為0.60mol•L^-1，大于T₁K平衡時NO₂的濃度（0.50mol•L^-1），說明改變溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度T₂＞T₁，故C正確；
D．維持T₁K壓縮容器使NO₂轉(zhuǎn)化率為60%，故NO₂的物質(zhì)的量變化為2mol×60%=1.2mol，則：
                      2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始量（mol）：2               1             0               0
變化量（mol）：1.2            0.6           0.6            0.6
平衡量（mol）：0.8            0.4           0.6            0.6
設(shè)容器的體積為VL，則$\frac{\frac{0.6}{V}×\frac{0.6}{V}}{（\frac{0.8}{V}）^{2}×\frac{0.4}{V}}$=1，解得V=0.71，故D正確，
故選：CD；
④二氧化氮的起始濃度不變?yōu)?mol/L，15min平衡時二氧化氮的濃度為1mol/L-2×0.2mol/L=0.6mol/L，則T₂K下從0到25分鐘c（NO₂）隨時間變化圖為：，
故答案為：；
（3）①O₃具有強(qiáng)氧化性，可以將NO₂氧化成更高價氮氧化物（或生成了N₂O₅），反應(yīng)后NO₂的物質(zhì)的量減少，
故答案為：O₃將NO₂氧化成更高價氮氧化物（或生成了N₂O₅）；
②O₃氧化SO₂的反應(yīng)幾乎不受影響，可能是反應(yīng)速率慢，
故答案為：SO₂與O₃的反應(yīng)速率慢；
（4）增壓可能使SO₃轉(zhuǎn)為非氣體物從平衡混合物中分離，從而使平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動，提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：增壓可能使SO₃轉(zhuǎn)為非氣體物從平衡混合物中分離，從而使平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、外界條件對化學(xué)平衡移動影響、蓋斯定律等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷及計(jì)算能力，難點(diǎn)是圖象分析、三段式的靈活應(yīng)用，題目難點(diǎn)中等．