Question

某工厂的废气中含有CO、SO₂、NO等有毒气体，为了更有效地治理该废气，某研究小组分别设计了如下两个方案：

方案(1)：治理含CO、SO₂的烟道气，以Fe₂O₃作催化剂，将CO、SO₂在380℃时转化为S和一种无毒气体。

已知：ⅰ.硫的熔点112.8℃，沸点444.6℃；

ⅱ.反应每得到1mol硫，放出270kJ的热量。

①写出该治理烟道气反应的热化学方程式：                    。

②其他条件相同，催化剂不同时，上述反应中SO₂的转化率随反应温度的变化如下图。不考虑催化剂价格因素，生产中选Fe₂O₃作催化剂的主要原因是                  。

方案(2)：用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：C(s)+2NO(g) N₂(g)+CO₂(g)。向某容积为2L 的密闭容器中加入NO和足量的活性炭(固体试样体积忽略不计)，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

时间/min 浓度/(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.32	0.32
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.34	0.34
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.17	0.17

①10min～20min以v(CO2)表示的反应速率为                   。

②根据表中数据，T₁℃时该反应的平衡常数为              (保留两位有效数字)。

③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态标志的是            (填序号字母)。

A．容器内压强保持不变

B．2v_正(NO)=v_逆(N₂)

C．容器内CO₂的体积分数不变

D．混合气体的密度保持不变

④30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是           ；

⑤一定温度下，随着NO的起始浓度增大，NO的平衡转化率         (填“增大”、“减小”或“不变”)

⑥50min时，保持其他条件不变，往容器中再充入0.32 mol NO和0.34mol CO₂，平衡将向         方向移动。

Answer

(1)①2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g)△H=-270kJ/mol

②Fe2O3作催化剂，在相对较低温度下，SO2转化率较高

(2)①0.009mol·L-1·min-1；②0.56；③CD；④减小CO2 的浓度；⑤不变；⑥正反应。

【解析】

试题分析：(1)①反应每得到1mol硫，放出270kJ的热量，热化学方程式为2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2 (g)△H=-270kJ/mol，故答案为：2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2 (g)△H=-270kJ/mol；

②由图可知，生产中选Fe2O3做催化剂的主要原因是Fe2O3作催化剂，在相对较低温度下，单位时间内获得较高的SO2转化率，能耗小，故答案为：Fe2O3作催化剂，在相对较低温度下，单位时间内获得较高的SO2转化率；

(2)①10min～20min以v(CO2) 表示的反应速率==0.009 mol•L-1•min-1，故答案为：0.009 mol•L-1•min-1；

②反应的平衡常数为：K= ==0.56，故答案为：0.56；

③C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，反应是气体体积不变的反应；A．反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡状态压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故A错误；B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v正(NO)=2v逆(N2)，反应达到平衡，v正(NO)=2v正(N2)z只能说明反应正向进行，故B错误；C．容器内CO2的体积分数不变，说明反应达到平衡，故C正确；D．混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，平衡移动气体质量变化，体积不变，所以混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡，故D正确；故选CD；

④30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，依据平衡常数计算得到c(N2)=0.34mol/L；c(CO2)=0.17mol/L；c(NO)=0.32mol/L；K===0.56，化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以减小二氧化碳浓度，平衡正向进行的结果；故答案为：减小CO2 的浓度；

⑤一定温度下，随着NO的起始浓度增大，C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),反应是气体体积不变的反应；增大一氧化氮浓度相当于增大体系压强，平衡不动，一氧化氮转化率不变，故答案为：不变

⑥50min时，保持其他条件不变，往容器中再充入0.32 mol NO和0.34mol CO2，Qc=＜0.56，平衡将向正反应方向移动，故答案为：正反应。

考点：考查了热化学方程式的书写、化学反应速率、化学平衡常数及其化学平衡影响因素和平衡标志的分析判断的相关知识。