Question

二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO₂的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

(1) C(s)+O₂(g)CO₂(g)        ΔH₁=-393.5 kJ·mol^-1

CO₂(g)+C(s)2CO(g)       ΔH₂=+172.5 kJ·mol^-1

S(s)+O₂(g)SO₂(g)         ΔH₃=-296.0 kJ·mol^-1

写出CO 还原SO₂的热化学方程式:_________________。 

(2)关于CO还原SO₂的反应,下列说法正确的是______。 

A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时,2v_正(CO)=v_逆(SO₂)

C.其他条件不变,增大SO₂的浓度,CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N₂,SO₂的平衡转化率不变

Ⅱ．NO_x的排放主要来自于汽车尾气，包含NO₂和NO，有人提出用活性炭对NO_x进行吸附，发生反应如下：

反应a：C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)     ΔH=－34.0kJ/mol

反应b：2C(s)+2NO₂(g)N₂(g)+2CO₂(g)  ΔH=－64.2kJ/mol

(3)对于反应a，在T₁℃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
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

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．加入一定量的活性炭               B．通入一定量的NO

C．适当缩小容器的体积               D．加入合适的催化剂

(4)①某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO₂气体，维持温度为T₂℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO₂的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO₂转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO₂的体积分数为___________。

②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T₂℃、1.1×10⁶Pa时，该反应的化学平衡常数K_p=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P_分)=气体总压(P_总)×体积分数。

Answer

2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0 kJ·mol-1 AC 0.042mol/(L·min) 减小 BC 1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2转化率提高 50% 或

【解析】

（1）CO与SO2的反应方程式为2CO＋SO2=2CO2＋S，① C(s)+O2(g)= CO2(g)，②CO2(g)+C(s) =2CO(g)，③S(s)+O2(g)= SO2(g)，因此有①－②－③得出2CO(g)＋SO2(g)=2CO2(g)＋S(s) △H=－270.0kJ·mol－1；

（2）A、根据反应方程式，硫为固体，其余为气体，反应前后气体分子数之和不相等，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故A正确；

B、不同物质的速率表示达到平衡，要求反应的方向一正一逆，且反应速率之比等于系数之比，即v正(CO)=2v逆(SO2)，故B错误；

C、其他条件不变，增大SO2的浓度，增加反应物的浓度，平衡向正反应反应移动，CO的转化率增大，故C正确；

D、恒温恒压下，通入非反应气体，容器的体积增大，物质的量浓度降低，平衡向逆反应方向进行，SO2的转化率的降低，故D错误；答案为AC；

（3）①根据反应速率数学表达式，v(NO)=(1.00－0.58)mol/L÷10min=0.042mol/(L·min)；反应a和b都是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，化学平衡常数只受温度的影响，即升高温度，平衡常数K减小；

②A、活性炭为固体，加入活性炭，不影响化学平衡，故A不符合题意；

B、通入一定量的NO，NO浓度增大，平衡向正反应方向移动，N2浓度增大，故B符合题意；

C、适当缩小容器的体积，所有气体的浓度均增大，故C符合题意；

D、加入合适的催化剂，不影响化学平衡，故D不符合题意；答案为BC；

（4）①根据示意图，1050kPa前，反应未达到平衡，随着压强增大，反应速率增大，NO2的转化率加快；假设通入1molNO2，2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g)

起始： 1 0 0

变化： 0.4 0.2 0.4

平衡： 0.6 0.2 0.4 1100kPa时，NO2的体积分数为0.6mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol×100%=50%；

②NO2的体积分数为1/2，N2的体积分数为0.2mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol=1/6，CO2的体积分数为1/3，Kp==或。