Question

【題目】消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。

（1）用活性炭還原法： 某研究小組向某密閉容器中加入足量的活性炭和 NO，發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g) H＝Q kJ·mol－1 在 T1℃下，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

①0～10 min 內(nèi)， N2 的平均反應(yīng)速率 υ(N2)=________ ， T1℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù) K=_____。

②30 min 后，若只改變一個(gè)條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度如上表所示，則改變的條件可能是____________ (填字母)

a. 加入一定量的活性炭 b. 改變反應(yīng)體系的溫度

c. 縮小容器的體積 d. 通入一定量的 NO

③若 30 min 后升高溫度至 T2℃，重新達(dá)到平衡時(shí)，容器中 NO、 N2、 CO2 的濃度之比為 7∶3∶3，則該反應(yīng)的H______0（填“＞” 、 “ ＝” 、或“＜” ）

（2）NH3 催化還原法： 原理如圖所示

①若煙氣中 c(NO2)： c(NO)=1∶1，發(fā)生如圖甲所示的脫氮反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移 1.5mol 電子時(shí)放出的熱量為 113.8 kJ，則發(fā)生該脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____ 。

②圖乙是在一定時(shí)間內(nèi)，使用不同催化劑 Mn 和 Cr 在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑和相應(yīng)溫度分別為_____ ；使用 Mn 作催化劑時(shí)，脫氮率 b~a 段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是_____。

（3）已知常溫下 Ka1(H2SO3)=1.810－2， Ka2(H2SO3)=6.010－9。 汽車尾氣中的 SO2 用石灰水來(lái)吸收，生成的 CaSO3 濁液 pH＝9.0，忽略 SO32－的第二步水解，則Ksp(CaSO3)=_____。

Answer 1

【答案】 0.03 mol·L－1·min－1 K=4 c d ＜ 2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g) 2N2(g)＋3H2O(g) ΔH=－455.2 kJ/mol Mn 、200℃ b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒(méi)達(dá)到化學(xué)平衡（反應(yīng)限度），隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時(shí)間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高； 4.2×10－9

【解析】（1）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算v，計(jì)算平衡濃度結(jié)合平衡常數(shù)概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物的冪次方乘積得到；②反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)猓�二氧化碳濃度都增大，說(shuō)明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達(dá)到新平衡后個(gè)物質(zhì)濃度增大；③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為7：3：3，根據(jù)Qc與K的相對(duì)大小判斷平衡移動(dòng)方向，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑；
②
（3）

（1）①分析圖表數(shù)據(jù)，0～10min內(nèi)，N2的平均反應(yīng)速率v（N2）=0.03 mol/（L/min），
化學(xué)平衡三段式列式計(jì)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） 0.8 0.4 0.4
平衡量（mol/L） 0.2 0.4 0.4
K==4

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)猓�二氧化碳濃度都增大�?/span>a．加入一定量的活性炭是固體，對(duì)平衡無(wú)影響，故a不符合；
b．改變反應(yīng)體系的溫度, 達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)�、二氧化碳濃度不可能都增大，�?/span>b不符合；c．當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動(dòng)，但個(gè)物質(zhì)濃度增大，符合要求，故c符合；d．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)�、二氧化碳濃度增大，適故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為7：3：3，Qc=<4，，這說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故Q＜0，故答案為：＜；
（2）①由圖甲可知NH3與NO、NO2反應(yīng)產(chǎn)物為N2和水，故氧化劑為NO、NO2；因此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH3（g）+NO（g）+NO2（g）=2N2（g）+3H2O（g）△H=－455.2 kJ/mol；

②根據(jù)圖乙知Mn催化劑時(shí)，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(jīng)濟(jì)，因此使用的最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為Mn、200℃左右；故答案為：Mn、200℃；使用 Mn 作催化劑時(shí)，脫氮率 b~a 段呈現(xiàn)上升狀態(tài)，可能的原因是：b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒(méi)達(dá)到化學(xué)平衡（反應(yīng)限度），隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時(shí)間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高；
（3）由Ka2（H2SO3）=6.0×10-9可知SO32-+H2OHSO3-+OH-的水解Kh===1.67×10-6，
常溫下，測(cè)得某純CaSO3與水形成的濁液pH為9，c（HSO3-）=c（OH-）=1×10-5，可知c（SO32-）==6×10-5，
又c（Ca2+）=c（SO32-）+c（HSO3-）=7×10-5，
Ksp（CaSO3）=c（Ca2+）×c（SO32-）=7×10-5×6×10-5=4.2×10-9。