Question

【加试题】烟气的主要污染物是SO₂、NOx，经臭氧预处理后再用适当溶液吸收，可减少烟气中SO₂、NOx的含量。O₃氧化烟气中SO₂、NOx的主要反应的热化学方程式为：

NO(g)＋O₃(g)=NO₂(g)＋O₂(g)       △H=－200.9 kJ·mol^－1

NO(g)＋1/2O₂(g)=NO₂(g)           △H=－58.2 kJ·mol^－1

SO₂(g)＋O₃(g)SO₃(g)＋O₂(g)     △H=－241.6 kJ·mol^－1

（1）反应3NO(g)＋O₃(g)=3NO₂(g)的     △H=_       ______ kJ·mol^－1。

（2）臭氧脱硝反应2NO₂(g)＋O₃(g)N₂O₅(g)＋O₂(g)能自发进行。在温度为T₁K时，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1 mol O₃和2 mol NO₂，发生上述反应，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N₂O₅(g)的浓度为0.25 mol·L^－1。

①判断该反应的△S__    _____0，△H_     ______0（填>、<或=）。

②在温度为T₁K时该反应的平衡常数K=                 。

③下列说法正确的是                  。

A．从反应开始到达平衡，NO₂的平均反应速率v(NO₂)=0.04mol·L^－1·min^－1

B．T₁K时，若起始时向容器中充入1 mol O₃、2 mol NO₂、1 mol O₂和1 mol N₂O₅气体，则反应达到平衡前v(正) <v(逆)

C．若改变反应温度为T₂K，测得平衡时NO₂的浓度为0.60 mol·L^－1，则T₂>T₁

D．T₁K时反应达平衡时容器的体积为2L，若维持T₁K压缩容器使NO₂转化率为60%，则此时容器的体积约为0.71L

④若维持其他条件不变，仅改变温度为T₂K时，经15分钟反应达平衡，测得平衡时N₂O₅(g)的浓度为0.20 mol·L^－1。画出在T₂K下从0到25分钟c(NO₂)随时间变化图。

Answer

（1）－317.3（2分）（2）①< （1分） < （1分） ② 1（2分） ③CD（2分）

④ （2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：①NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9 kJ·mol－1

②NO(g)＋1/2O2(g)=NO2(g) △H=－58.2 kJ·mol－1

根据盖斯定律可知①+②×2即得到反应3NO(g)＋O3(g)=3NO2(g)的△H＝－317.3kJ·mol－1。

（2）臭氧脱硝反应2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)能自发进行。在温度为T1K时，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1 mol O3和2 mol NO2，发生上述反应，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N2O5(g)的浓度为0.25 mol·L－1。

①正反应是体积减小的可逆反应，则该反应的△S＜0。由于该反应能自发进行，则根据△G＝△H－T·△S可知该反应的△H＜0。

② 2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)

起始浓度（mol/L） 1 0.5 0 0

转化浓度（mol/L） 0.5 0.25 0.25 0.25

平衡浓度（mol/L） 0.5 0.25 0.25 0.25

则在温度为T1K时该反应的平衡常数K＝。

③A．从反应开始到达平衡，NO2的平均反应速率v(NO2)＝0.5mol/L÷25min＝0.02mol·L－1·min－1，A错误；B．T1K时，若起始时向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5气体，则此时浓度熵＝＜1，因此反应达到平衡前v(正)＞v(逆)，B错误；C．若改变反应温度为T2K，测得平衡时NO2的浓度为0.60 mol·L－1，这说明平衡向逆反应方向进行，由于正反应是放热反应，则T2＞T1，C正确；D．

2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)

起始浓度（mol） 2 1 0 0

转化浓度（mol） 1.2 0.6 0.6 0.6

平衡浓度（mol） 0.8 0.4 0.6 0.6

则

解得V＝0.71L，D正确，答案选CD。

④升高温度反应速率加快，到达平衡的时间减少，经15分钟反应达平衡，测得平衡时N2O5(g)的浓度为0.20 mol·L－1，因此消耗二氧化氮浓度是0.4mol/L，剩余二氧化氮浓度是0.6mol/L，则图像可表示为。

考点：考查熵值、反应热、外界条件对平衡状态的判断以及平衡常数计算等