Question

【題目】臭氧(O3)主要分布在大氣層的平流層中，能夠吸收紫外線，被稱為地球的保護傘。回答下列問題：

(1)NOx對臭氧層的破壞作用極大，已知：①NO+O3=NO2+O2 K1；NO2+O2=NO+O3； K2；③O2+O=O3 K3，反應2O3=3O2的平衡常數K=_______ (用K1、K2、K3表示)，寫出一種保護臭氧層的措施:__________。

(2)用臭氧氧化煙氣中的SO2的主要反應為SO2(g)+O3(g)=SO3(g)+O2(g) △H，已知①2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) △H1=-198kJ/mol，②2O3(g)=3O2(g) △H2=+284.2kJ/mol

①上述反應中△H= ____kJmol-1。

②一定溫度下，向2L固定容積的密閉容器中加入2molO3和2molSO2發生上述反應，5min后達到平衡，測得容器中含有0.4molL-1SO3，此時SO2的轉化率為_______，欲提高O3的利用率可采取的措施有_______(填字母)。

a.適當增大壓強 b.升高溫度 c.使用優質催化劑 d.及時分離出SO3

(3)工業上用CaSO3懸濁液吸收上述轉化生成的SO3可制備石膏。已知：298K時Ksp(CaSO4)=9.0×10－6，Ksp(CaSO3)=1.5×10－7，向1LCaSO3懸濁液中加入Na2SO4，若有0.1molCaSO3參與反應，則需加入_______molNa2SO4。

，

(4)工業上可采用惰性電極電極電解稀硫酸的方法制備O3，反應裝置如上圖所示，電源的a極為_____極，通入O2的電極反應式為_______。

Answer 1

【答案】 減少氮氧化物的排放或減少氟氯烴的使用等 -241.1 40% d 6.1 負極 O2＋4e－＋4H＋=2H2O

【解析】

(1)根據蓋斯定律，可知反應①＋②－③可得目標反應2O3=3O2，則化學方程式相加減，化學平衡向乘數，2O3=3O2的平衡常數；O3在NOx的作用下會發生分解生成氧氣，保護臭氧層，可以減少NOx的排放，或者減少氟氯烴的使用等；

(1)①根據蓋斯定律，(反應①－反應②)可得目標反應SO2(g)+O3(g)=SO3(g)+O2(g)，則△H=(－198－284.2)kJ·mol－1=－241.1kJ·mol－1；

②達到平衡后，容器中SO3的濃度為0.4mol·L－1，則生成SO3的物質的量n=0.4mol·L－1×2L=0.8mol，根據化學方程式，生成0.8molSO3需要消耗0.8molSO2，則SO2的轉化率；

欲提高O3的利用率，a．適當增大壓強，該反應是反應前后氣體體積不變的反應，增大壓強平衡不移動，O3的利用率不變，a不符合題意；b．升高溫度，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，O3的轉化率降低，b不符合題意；c．使用優質催化劑，催化劑可以加快化學反應速率，但是不影響平衡移動，O3的利用率不變，c不符合題意；d．及時分離SO3，促進平衡正向移動，O3的利用率增大，d符合題意；答案選d；

(3)根據題意，CaSO3懸濁液中加入Na2SO4，發生反應，CaSO3(s)＋SO42－(aq)=CaSO4(s)＋SO32－(aq)，該反應的平衡常數，0.1molCaSO3參與反應，生成CaSO4的物質的量為0.1mol，則沉淀消耗Na2SO4的物質的量為0.1mol；溶液中含有的SO32－的物質的量為0.1mol，其物質的量濃度，根據平衡常數可知，，則溶液中的c(SO42－)=6mol·L－1。為了維持溶液中的c(SO42－)=6mol·L－1，需要消耗Na2SO4的物質的量n=6mol·L－1×1L=6mol，則總共消耗Na2SO4的物質的量為0.1mol＋6mol=6.1mol；

(4)根據圖示，利用電解法制取O3，H＋由右側經質子交換膜向左側移動；在電解池中，陽離子向陰極移動，則左側為陰極區，a為電源的負極。在酸性電解質溶液中，O2得到電子生成H2O，則電解方程式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。