Question

石嘴山市打造“山水园林城市”，因此研究NO_x、SO₂等大气污染物的妥善处理具有重要意义。

(1)SO₂的排放主要来自于煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO₂。

已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：

①SO₂(g)+NH₃·H₂O(aq)= NH₄HSO₃(aq)  ΔH₁=a kJ/mol；

②NH₃·H₂O(aq)+ NH₄HSO₃(aq)=(NH₄)₂SO₃(ag)+H₂O(l)  ΔH₂=b kJ/mol；

③2(NH₄)₂SO₃(aq)+O₂(g)=2(NH₄)₂SO₄(aq)  ΔH₃=c kJ/mol。

则反应2SO₂(g)+4NH₃·H₂O(aq)+O₂(g) =2(NH₄)₂SO₄(aq)+2H₂O(l)的ΔH=______kJ/mol。

(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO₃(s)+2SO₂(g)+O₂(g)2CaSO₄(s)+2CO₂(g)  ΔH =−681.8 kJ/mol对煤进行脱硫处理来减少SO₂的排放。对于该反应，在温度为TK时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：

时间/min 浓度/mol·L^−1	0	10	20	30	40	50
O2	1.00	0.79	0.60	0.60	0.64	0.64
CO2	0	0.42	0.80	0.80	0.88	0.88

①0～10 min内，平均反应速率v(SO₂)=_____mol/(L·min)。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是_____（填字母）。

A．通入一定量的O₂ B．加入一定量的粉状碳酸钙

C．适当缩小容器的体积         D．加入合适的催化剂

(3)NO_x的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)  ΔH=−34.0 kJ/mol，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：

由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大，其原因为_______；在1100K时，CO₂的体积分数为______。

(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作K_p）。在1050K、1.1×10⁶ Pa时，该反应的化学平衡常数K_p=____[已知：气体分压(P_分)=气体总压(P)×体积分数]。

(5)汽车尾气还可利用反应2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)  ΔH=−746.8 kJ/mol，实验测得，v_正=k_正·c²(NO)·c²(CO)，v_逆=k_逆·c(N₂)·c²(CO₂)（k_正、k_逆为速率常数，只与温度有关）。

①达到平衡后，仅升高温度，k_正增大的倍数____（填“>”“<”或“=”）k_逆增大的倍数。

②若在1L的密闭容器中充入1 molCO和1 mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则k_正︰k_逆=_____。

Answer

2a+2b+c 0.042 AC 1050K前反应未达到平衡状态，随着温度的升高，反应速率加快，NO转化率增大 20% 4 <

【解析】

(1)根据盖斯定律，将三个已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

(2)①先计算出0～10 min内的v(CO2)，然后根据化学反应速率与物质关系计算v(SO2)；

②根据影响物质浓度及化学平衡的因素分析；

(3)反应在1050K时达到平衡，根据温度对化学反应速率和化学平衡移动的影响分析解答；根据1100K时NO的转化率计算其体积含量；

(4)根据平衡常数的含义。利用气体的物质的量的比等于气体产生的压强比计算平衡常数Kp；

(5)①根据温度升高，反应速率加快，化学平衡向吸热反应方向移动分析速率常数的变化；

②根据反应达到平衡时，正反应、逆反应速率相等，结合物质的转化率计算k正︰k逆。

(1)已知①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) ΔH1=akJ/mol；

②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=bkJ/mol；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=ckJ/mol。

将①×2+②×2+③，整理可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=(2a+2b+c)kJ/mol。

(2)①先计算出0～10 min内的v(CO2)= mol/(L·min)，根据化学方程式可知：v(SO2)=v(CO2)=0.042 mol/(L·min)；

②A.通入一定量的O2 ，可以使氧气的浓度增大，化学平衡正向移动，使CO2的浓度也随之增大，A正确；

B.加入一定量的粉状碳酸钙，由于该物质是固体，浓度不变，因此对氧气机二氧化碳的浓度无影响，B错误；

C.适当缩小容器的体积，单位体积内O2、CO2的物质的量增加，物质的浓度也都增大，C正确；

D.加入合适的催化剂，对化学平衡无影响，因此不能改变O2、CO2的物质的量浓度，D错误；

故合理选项是AC；

(3)反应在1050K时达到平衡，在1050K前反应未达到平衡，升高温度，化学反应速率加快，更多的反应物反应转化为生成物，物质NO的转化率提高；当温度高于1050K时，由于该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，反应物NO的转化率降低；根据图像可知：在1100K时NO的转化率是40%。对于化学反应：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)假设开始时NO的物质的量为1mol，用平衡三段式法计算：

可逆反应：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

开始n(mol) 1 0 0

转化n(mol) 0.4 0.2 0.2

平衡n(mol) 0.6 0.2 0.2

在1100K时，CO2的体积分数为×100%=20%；

(4)在1050K时NO的转化率为80%，假设反应开始时NO的物质的量为1mol，用三段式法计算：可逆反应：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

开始n(mol) 1 0 0

转化n(mol) 0.8 0.4 0.4

平衡n(mol) 0.2 0.4 0.4

在同一条件下，气体的物质的量的比等于气体产生的压强之比，由于p(总)= 1.1×106 Pa p(NO)= p(总)= p(总)；p(CO2)=p(N2)= p(总)；

则该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp==4；

(5)①达到平衡后，在其他条件不变时，升高温度，化学反应速率加快，由于v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，V增大，说明k正、k逆增大，由于升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，说明逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数，所以k正的倍数