Question

霧霾天氣嚴重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法．

（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應：C（s）+2NO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

時間（min） 濃度（mol?L-1）	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
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）=

 

，T₁℃時，該反應的平衡常數K=

 

．
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據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．適當縮小容器的體積 d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中，NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則Q

 

 （填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．反應原理如圖所示：
①由圖甲可知，SCR技術中的氧化劑為

 

．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1時脫氮效果最佳，若生成1mol N₂時反應放出的熱量為Q kJ．此時對應的脫氮反應的熱化學方程式為

 

．
②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳的催化劑和相應的溫度分別為

 

．
（3）利用噴霧干燥法脫硫工藝是除去SO₂的常見方法，先將含SO₂的廢氣溶于水，再用飽和石灰漿吸收．該溫度下，吸收液中c（Ca²⁺）一直保持為0.70mol?L^-1，已知Ksp（CaSO₃）=1.4×10^-7，求吸收后溶液中的SO₃^2-的濃度

 

．（寫出計算過程，結果保留2位有效數字）

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：

分析：（1）①分析圖表數據結合化學反應速率概念計算v=

△c

△t

，計算平衡濃度結合平衡常數概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應物的冪次方乘積得到；
②反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質濃度增大；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，根據Qc與K的相對大小判斷平衡移動方向，逆反應方向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
（2）①得電子化合價降低的反應物是氧化劑；
②溫度越高，對設備的要求越高，所以如果催化劑在較低溫度下能較大程度的脫氫即可；根據生成1mol氮氣放出QkJ熱量，則生成2mol氮氣放出2QkJ熱量；
（3）根據硫酸鈣的溶度積常數表達式Ksp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）?c（SO₃^2-）進行計算；

解答： 解：（1）①分析圖表數據，0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）=

1mol/L-0.58mol/

10min

=0.042 mol/（L?min），
化學平衡三段式列式計算平衡濃度：
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L）        1        0        0
變化量（mol/L）       0.6       0.3      0.3
平衡量（mol/L）       0.4       0.3      0.3
K=

0.3×0.3

0.4 2

=

9

16

；
故答案為：0.042 mol/（L?min）；

9

16

；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
a．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故a不符合；
b．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故b符合；
c．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故c符合；
d．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故d不符合；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，Q_c=

3×3

5 2

＜

9

16

，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故Q＜0，故答案為：＜；
（2）①由圖甲可知SCR技術中NH₃與NO、NO₂反應產物為N₂和水，故氧化劑為NO、NO₂；脫氮效果最佳時c（NO₂）：c（NO）=1：1，因此反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ?mol^-1；故答案為：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ?mol^-1；
②根據圖乙知Mn催化劑時，在200℃左右脫氮率最高，Cr作催化劑，500℃左右脫氮率最高，但二者的最高脫氮率差不多，使用Mn作催化劑需要的溫度低，更經濟，因此使用的最佳的催化劑和相應的溫度分別為Mn、200℃左右；故答案為：Mn、200℃左右；
（3）根據硫酸鈣的溶度積常數表達式Ksp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）?c（SO₃^2-）可知，c（SO₃^2-）=

Ksp(CaSO 3)

c(Ca 2+)

=

1.4×10 -7

0.7

mol/L=2.0×10^-7mol/L，故答案為：2.0×10^-7mol/L．

點評：本題考查了化學平衡常數和反應速率概念計算應用，平衡標志的分析判斷，Ksp相關計算等，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．