Question

燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、CO₂、SO₂等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等。已知：25℃ 时，K_b(NH₃·H₂O)＝1.8×10^－5；  H₂SO₃：K_a1＝1.5×10^－2，K_a2＝1.0×10^－7。

(1)处理烟气中的SO₂常用液吸法。室温条件下，将烟气通入浓氨水中得到(NH₄)₂SO₃溶液，0.1mol/L(NH₄)₂SO₃溶液的pH____(填“>”“<”或“＝”)7。

(2)用活性炭可以还原处理氮氧化物，有关反应为C(s)＋2NO(g) ⇌ N₂(g)＋CO₂(g)。在恒容条件下，能判断该反应一定达到平衡状态的依据是 ________(填选项编号)。

A．单位时间内生成2nmolNO(g)的同时消耗nmolCO₂(g)  

B．混合气体的密度不再发生改变

C．反应体系的压强不再发生改变   

D．混合气体的平均相对分子质量不再改变

(3)有科学家经过研究发现，用CO₂和H₂在210～290℃，催化剂条件下可转化生成甲醇蒸气和水蒸气。

①230℃，向容器中投入0.5molCO₂和1.5molH₂，当转化率达80% 时放出热量19.6kJ能量，写出该反应的热化学方程式__________________。

②一定条件下，往 2L恒容密闭容器中充入1.0molCO₂和3.0molH₂，在不同催化剂作用下，相同时间内 CO₂的转化率随温度的变化如图1所示：

催化剂效果最佳的是催化剂________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”)。b点v( 正 )________v( 逆 )( 填“＞”“＜”或“＝”) 。此反应在 a 点时已达平衡状态，a 点的转化率比 c 点高的原因_____。已知容器内的起始压强为100kPa，则图中c点对应温度下反应的平衡常数Kp＝____________KPa^－2 。(保留两位有效数字，Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)

(4)一定条件下，CO₂和H₂也可以发生反应CO₂(g)＋H₂₍g)  ⇌  CO(g)＋H₂O(g)  ΔH＜0，一定温度下，在3L容积可变的密闭容器中发生如上反应，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图2所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ或曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是____________________。

Answer

＞ BD CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol I ＞ 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 8.3×10-4 将容器快速压缩至2L

【解析】

(1)(NH4)2SO3溶液中存在NH4+和SO32-的水解，结合NH3•H2O和H2SO3：Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7分析水解能力的大小，判断溶液的酸碱性；

(2)恒容条件下，反应达到平衡的标志依据“变量不变”方法判断，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；

(3)①根据图1可知0.5mol CO2和1.5mol H2转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，然后按比例计算：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的△H得出该反应的热化学方程式；②由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，故催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ；T3的b点时，反应未达到限度，故v(正)＞v(逆)；该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。故T4的a点转化率比T5的c点高； c点时，

代入平衡常数表达式计算；

(4)当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量浓度增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变。

(1)已知NH3•H2O的电能平衡常数大于H2SO3的Ka2，则在(NH4)2SO3溶液中NH4+的水解能力小于SO32-的水解程度，可知溶液显碱性，即pH＞7；

(2)在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是正逆反应速率相同，各组分含量不变，C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)；

A．单位时间内生成2nmolNO(g)的同时消耗nmolCO2(g)，说明反应逆向进行，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；

B．碳是固体。当平衡发生移动，气体质量会发生变化，容器体积不变，所以混合气体的密度不再发生改变可以说明反应达到平衡状态，故B正确；

C．反应前后气体总物质的量不变，反应体系的压强始终不发生改变，不能判定平衡，故C错误；

D．C为固体，混合气体的平均相对分子质量保持不变，可知气体的质量不变，为平衡状态，故D正确；

故答案为BD；

(3)①已知0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时放热23-3.4=19.6kJ，则该反应的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-×2=-49kJ•mol-1，则热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；

②由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ，T3的b点时，反应未达到限度，故v(正)＞v(逆)；该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。T4的a点转化率比T5的c点高，c点时：

在恒容恒温条件下，气体的压强与气体的物质的量成正比，则平衡时总压强P总=100kPa×=70kPa，该反应的平衡常数Kp==8.3×10-4；

(4)当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量浓度增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件后为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3:V=4.5:3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L满足条件。