Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，因此研究NOx，SO2等大氣污染物的妥善處理具有重要意義。

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(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) △H1=akJ/mo1；

②NH3·H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) △H2=b kJ/mo1；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) △H3=c kJ/mo1。

則反應(yīng)2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O △H

(1)△H =______kJ/mo1 (用含a、b、c的代數(shù)式表示)。

(2)對于反應(yīng)：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H =-34.0kJ/mol，在T1℃時(shí)，借助傳感器測得反應(yīng)在不同時(shí)間點(diǎn)上各物質(zhì)的濃度如下：

時(shí)間 濃度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0~10min內(nèi)，CO2的平均反應(yīng)速度v(CO2)=________。

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)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.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO

c.適當(dāng)縮小容器的體積 d.加入合適的催化劑

(3)用活性炭還原法處理NO，有關(guān)反應(yīng)為：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H =-34.0kJ/mo1。已知在一體積不變的密閉容器中，加入足量的C和一定量的NO氣體，測得NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如下圖所示：

①由圖可知，1050K前反應(yīng)中NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，其原因?yàn)?/span>________；

②在1100K時(shí)，CO2的體積分?jǐn)?shù)為________。

(4)為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，需給汽車安裝尾氣凈化裝置。在凈化裝置中CO和NO發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H =-746.8 kJ/mo1，生成無毒的N2和CO2。實(shí)驗(yàn)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(guān))。

①達(dá)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2L的密閉容器中充入2molCO和2molNO，在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則_______。

Answer 1

【答案】2a+2b+c 0.021mol/(Lmin) bc 1050K前，反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)；隨著溫度升高， 反應(yīng)速度加快，單位時(shí)間內(nèi)NO轉(zhuǎn)化率提高 20% < 1L/mol

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的三個(gè)熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)①先計(jì)算出N2在0~10min內(nèi)的平均速率，然后利用方程式中速率比等于計(jì)量數(shù)的比，計(jì)算CO2的平均反應(yīng)速度v(CO2)；

②30min后反應(yīng)物、生成物的濃度都增大，根據(jù)影響因素分析；

(3)①可逆反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始，在1050K前未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，在1050K后平衡發(fā)生移動(dòng)，根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的方向分析；

②根據(jù)在1100K時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率是40%，利用物質(zhì)反應(yīng)時(shí)的關(guān)系判斷物質(zhì)的濃度，然后計(jì)算CO2的體積分?jǐn)?shù)；

(4)①達(dá)到平衡后，升高溫度，V正、V逆都增大，根據(jù)升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)分析k正、k逆增大的倍數(shù)關(guān)系；

②用三段式，根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡時(shí)V正=V逆得到大小。

(1)根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②×2+③，整理可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O △H=(2a+2b+c)kJ/mol；

(2)①在0~10min內(nèi)的N2平均速率v(N2)==0.021mol/(L·min)；根據(jù)方程式可知CO2與N2的系數(shù)相等，所以v(CO2)=v(N2)= 0.021mol/(Lmin)；

②在30min達(dá)到平衡時(shí)c(NO)=0.40mol/L，c(N2)=0.30mol/L，在30min后達(dá)到平衡時(shí)c(NO)=0.48mol/L，c(N2)=0.36mol/L，反應(yīng)物、生成物的濃度都增大。

a.加入一定量的活性炭，活性炭是固體，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，因此不能改變?nèi)魏挝镔|(zhì)的濃度，a錯(cuò)誤；

b.通入一定量的NO，增大了反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，使生成物N2的濃度也增大，但平衡移動(dòng)的趨勢是微弱的，總的來說NO的濃度是增大，b正確；

c.適當(dāng)縮小容器的體積，單位體積內(nèi)物質(zhì)的量增加，物質(zhì)的濃度增大，c正確；

d.加入合適的催化劑，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，因此物質(zhì)的濃度不變，d錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是bc；

(3) ①該可逆反應(yīng)是從正反應(yīng)方向開始，在1050K前未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率加快，更多的反應(yīng)物變?yōu)樯�成物，因此單位時(shí)間內(nèi)NO轉(zhuǎn)化率提高；

②可逆反應(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

c(開始)mol/L 1 0 0

c(變化)mol/L 0.4 0.2 0.2

c(平衡)mol/L 0.6 0.2 0.2

所以平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)為×100%=20%；

(4)①達(dá)到平衡后，升高溫度，V正、V逆都增大，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)反應(yīng)方向移動(dòng)，所以V正<V逆，因此k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)；

②可逆反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

c(開始)mol/L 1 1 0 0

c(變化)mol/L 0.5 0.5 0.25 0.5

c(平衡)mol/L 0.5 0.5 0.25 0.5

由于v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正= v逆，所以=1L/mol。