Question

【題目】研究處理NOx、SO2，對環(huán)境保護有著重要的意義。回答下列問題：

(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(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：① SO2(g) + NH3H2O(aq) =NH4HSO3(aq) △H1 = a kJmol-1；② NH3H2O(aq) + NH4HSO3(aq) =(NH4)2SO3(aq) + H2O(l)△H2 = b kJmol-1；③ 2(NH4)2SO3(aq) + O2(g) =2(NH4)2SO4(aq) △H3= c kJmol-1，則反應(yīng) 2SO2(g) + 4NH3H2O(aq) + O2(g) =2(NH4)2SO4(aq) + 2H2O(l) △H = ______。

(2)NOx的排放主要來自于汽車尾氣，有人利用反應(yīng)C (s) + 2NO(g)N2(g) + CO2(g) △H＝－34.0 kJmol-1，用活性炭對NO進行吸附。在恒壓密閉容器中加入足量的活性炭和一定量的NO氣體，測得NO的轉(zhuǎn)化率 α(NO)隨溫度的變化如圖所示：

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，原因是_________________________； 在1100K 時，CO2的體積分數(shù)為______。

②用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平衡常數(shù)(記作Kp）。在1050K、1.1×106Pa 時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝________(已知：氣體分壓＝氣體總壓×體積分數(shù))。

(3)在高效催化劑的作用下用CH4還原NO2，也可消除氮氧化物的污染。在相同條件下，選用A、B、C三種不同催化劑進行反應(yīng)，生成 N2的物質(zhì)的量與時間變化關(guān)系如圖所示，其中活化能最小的是_________(填字母標號)。

(4)在汽車尾氣的凈化裝置中 CO和NO發(fā)生反應(yīng)：2NO(g) + 2CO(g)N2(g) + 2CO2(g) △H2 =－746.8 kJmol-1。實驗測得，υ正＝k正c2(NO) c2(CO) ，υ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 mol CO和1 mol NO，在一定溫度下達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為40%，則＝_____(保留2位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】（2a+2b+c）kJmol-1 1050K前反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大 20％ 4 A < 0.25

【解析】

（1）利用蓋斯定律解答。

（2）①在1050K前反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大；達到平衡后，升高溫度，平衡左移，NO的轉(zhuǎn)化率降低。恒溫恒壓下體積分數(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)。

②利用化學(xué)平衡常數(shù)表達式計算。

（3）A反應(yīng)速率快，先達到平衡，故活化能最小。

（4）①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，則正反應(yīng)速率增大的倍數(shù)小于逆反應(yīng)速率增大的倍數(shù)。

②當反應(yīng)達到平衡時，υ正=υ逆，故=c(N2)c2(CO2)/[c2(NO)c2(CO)]=K。

（1）① SO2(g) + NH3H2O(aq) =NH4HSO3(aq) △H1 = a kJmol-1；

② NH3H2O(aq) + NH4HSO3(aq) =(NH4)2SO3(aq) + H2O(l)△H2 = b kJmol-1；

③ 2(NH4)2SO3(aq) + O2(g) =2(NH4)2SO4(aq) △H3= c kJmol-1；

利用蓋斯定律，將①×2+②×2+③可得2SO2(g) + 4NH3H2O(aq) + O2(g) = 2(NH4)2SO4(aq) + 2H2O(l)的△H =（2a+2b+c）kJmol-1，故答案為：（2a+2b+c）kJmol-1。

（2）①在1050K前反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大；達到平衡后，升高溫度，平衡左移，NO的轉(zhuǎn)化率降低。根據(jù)反應(yīng)C (s) + 2NO(g)N2(g) + CO2(g)，假設(shè)加入1molNO，在1100K時，NO的轉(zhuǎn)化率為40％，則△n(NO)=0.4mol，故n(CO2)=0.2mol，由于反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量不變，故混合氣體中CO2的體積分數(shù)為％=20％，故答案為：1050K前反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大；20％。

②根據(jù)反應(yīng)C (s) + 2NO(g)N2(g) + CO2(g)，假設(shè)加入1molNO，在1050K時， α(NO)=80％，平衡時n（NO）=0.2mol，n(N2)=0.4mol，n(CO2)=0.4mol，各物質(zhì)的平衡分壓p分（NO）=Pa，p分（N2）=×1.1×106Pa，p分（CO2）=×1.1×106Pa，故反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝×1.1×106Pa××1.1×106Pa÷（ Pa）2=4，故答案為：4。

（3）A反應(yīng)速率快，先達到平衡，故活化能最小，故答案為：A。

（4）①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，則正反應(yīng)速率增大的倍數(shù)小于逆反應(yīng)速率增大的倍數(shù)，故k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)。故答案為：<。

②當反應(yīng)達到平衡時，υ正=υ逆，故=c(N2)c2(CO2)/c2(NO)c2(CO)=K，根據(jù)化學(xué)方程式可知，平衡時c (NO)=c(CO)=0.6molL-1，c(N2)=0.2 molL-1，c(CO2)=0.4 molL-1，故= c(N2)c2(CO2)/[c2(NO)c2(CO)]=(0.2×0.42)/(0.62×0.62)=20/81≈0.25，故答案為：0.25。