Question

消除氮氧化物、二氧化硫等物质造成的污染是目前研究的重要课题。

(1)工业上常用活性炭还原一氧化氮，其反应为：2NO(g)+C(s) N₂(g)+CO₂(g)。向容积均为1 L的甲、乙、丙三个恒容恒温容器中分别加入足量的活性炭和一定量的NO，测得各容器中n(NO)随反应时间t的变化情况如下表所示：

甲容器反应温度T℃______400℃(填“>”“<”或“=”)；乙容器中，0~40min内平均反应速率v(CO₂)=_____；丙容器中达平衡后NO的物质的量为_________mol。

(2)活性炭还原NO₂的反应为：2NO₂(g)+2C(s) N₂(g)+2CO₂(g)，在恒温条件下，1 mol NO₂和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO₂和CO₂的物质的量浓度与平衡总压的关系如右上图所示：

①A、B、C三点中NO₂的转化率最高的是_________点(填“A”或“B”或“C”)。

②计算C点时该反应的压强平衡常数K_P=_______MPa

(K_p是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

(3)燃煤烟气脱硫常用如下方法。

方法①：用生物质热解气(主要成分CO、CH₄、H₂)将SO₂在高温下还原成单质硫。涉及的部分反应如下：

2CO(g)+SO₂(g)=S(g)+2CO₂(g)    △H₁=8.0 kJ·mol^-1

2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)          △H₂=－566.0kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)           △H₃=－483.6 1kJ·mol^-1

则H₂(g)还原SO₂(g)生成S(g)和H₂O(g)的热化学方程式为_______________________。

方法②：用氨水将SO₂转化为NH₄HSO₃，再氧化成(NH₄)₂SO₄。

实验测得NH₄HSO₃溶液中=15，则溶液的pH为________；向该溶液中加氨水使溶液呈中性时， =________。(已知：H₂SO₃的K_a1=1.5×10^-2，K_a2=1.0×10^-7)

Answer

> 6.25×10-3mol/(L·min) 0.4 A 4 2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=90.4kJ/mol 5 3

【解析】(1)甲达到平衡要80min,比乙达到平衡所需时间短，故T℃>400℃；乙容器中，0~40min内平均反应速率v(CO2)=v(NO)/2= ；先根据乙求出400℃时的平衡常数

2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)

n始/mol 2

n变/mol 1.2 0.6 0.6

n平/mol 0.8 0.6 0.6

c平/mol/L 0.8 0.6 0.6

丙平衡时

2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)

n始/mol 1

n变/mol 2x x x

n平/mol 1-2x x x

c平/mol/L 1-2x x x

x=0.3mol,丙容器中达平衡后NO的物质的量为（1-0.3×2）mol=0.4mol；

(2)①由方程式可知随压强的增大，平衡逆向移动，故A、B、C三点中NO2的转化率最高的是A点，A点压强最低；②C点时

2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，

n始/mol 1

n变/mol 2x x 2x

n平/mol 1-2x x 2x

P平/MP 20×2/5 20×1/5 20×2/5

1-2x=2x，x=0.25

该反应的压强平衡常数KP= MPa;

(3)由2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1

得 △H3+△H1-△H2=－483.6 1kJ·mol-1+8.0 kJ·mol-1－566.0kJ·mol-1=90.4kJ/mol ，故则H2(g)还原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的热化学方程式为2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=90.4kJ/mol ；Ka1×Ka2=c(H+)2=1.5×10-2×1.0×10-7，c(H+)=10-5mol/L；则溶液的PH=5；NH4HSO3电荷守恒,c（NH4＋ ）+c（H＋）=2c(SO32―)+c（HSO3－）+c（OH－），溶液呈中性，c（H＋）=c（OH－），两边同除以(SO32―)， =2+=2+c(H+)/ka2=3。

点睛：本题考查化学平衡影响因素、化学平衡的计算，题目计算量较大，题目难度较大，(2)②计算C点时该反应的压强平衡常数KP关键是利用乙和丙温度相同，先求出乙的平衡常数，再利用平衡常数不变求出平衡时各物质的量，再利用分压=总压×物质的量分数，代入平衡公式计算，试题侧重对学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力的培养，难度较大。