Question

CO在工农业生产及科学研究中有着重要的应用。

(1)CO催化脱硫：科学研究发现CoS对CO还原SO₂实现脱硫、并回收S有很好的催化效果，该反应的化学方程式为__________。

(2)CO催化脱氮：在一定温度下，向2 L的恒容密闭容器中充入4.0 mol NO₂和4.0 mol CO，在催化制作用下发生反应：2NO₂(g)+4CO(g)N₂(g)+4CO₂(g)   ΔH=-1227.8 kJ/mol，测得相关数据如下：

时间 浓度	0 min	5 min	10 min	15 min	20 min
c(NO2)/mol·L^-1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2)/mol·L^-1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①其他条件不变，若不使用催化剂，则0～5 min内NO₂的转化率将_____(填“变大”“变小”或“不变”)。

②下列表述能说明该反应已达到平衡状态的是______(填序号)。

A．CO的化学反应速率为N₂的4倍        B．气体的颜色不再变化

C．化学平衡常数K不再变化              D．混合气体的密度不再变化

③有利于提高该反应中NO₂平衡转化率的条件是_____(填序号)。

A．高温低压         B．低温高压         C．高温高压       D．低温低压

(3)CO与Ni发生羰化反应形成的络合物可作为催化烯烃反应的催化剂。Ni的羰化反应为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)₄(g)    ΔH＜0，T₀温度下，将足量的Ni粉和3.7 mol CO加入到刚性密闭容器中，10 min时反应达到平衡，测得体系的压强为原来的。则：

①0～10 min内平均反应速率v(Ni)=___g·min^-1。

②研究表明，正反应速率v_正=k_正·x⁴(CO)，逆反应速率v_逆=k_逆·x[Ni(CO)₄](k_正和k_逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，x为物质的量分数)，计算T₀温度下的=__。

③T₁温度下测得一定的实验数据，计算得到v_正~x(CO)和v_逆~x[Ni(CO)₄]的关系如图所示。当降低温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_______、_______(填字母)。

Answer

2CO+SO22CO2+S 变小 B B 5.31 9×103(或9000) D B

【解析】

(1)在CoS催化下，CO、SO2反应产生S、CO2；

(2)①利用催化剂对化学反应速率的影响分析判断；

②根据平衡时任何一种物质的物质的量、浓度、含量等保持不变判断；

③要提高该反应中NO2平衡转化率，就要使平衡正向移动，根据平衡移动原理，结合反应特点分析判断；

(3)①先计算平衡时Ni(CO)4(g)的物质的量，然后根据物质反应转化关系，计算消耗Ni的质量，得到其反应速率；

②根据反应达到平衡时v正=v逆，利用速率与物质的量分数关系计算；

③该反应是放热反应，降低温度时，平衡正向移动，同时正反应速率、逆反应速率均减小，x(CO)减小，x[Ni(CO)4]增大。

(1)在CoS催化下，CO、SO2反应产生S、CO2，根据原子守恒、电子守恒，可得该反应的化学方程式为：2CO+SO22CO2+S；

(2)①根据表格数据可知：反应在15 min时达到平衡，由于在0～5 min内反应未达到平衡，所以若使用催化剂，就可以加快反应速率，使更多的反应物NO2反应，NO2转化率提高，若不使用催化剂，则反应速率减小，NO2的转化率将变小；

②反应2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH=-1227.8 kJ/mol的正反应是气体体积减小的放热反应。

A．未指明反应速率是正反应速率还是逆反应速率，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，A错误；

B．反应在恒容密闭容器中进行，反应混合物只有NO2是有色气体，因此若混合气体的颜色不再变化，说明反应达到了平衡状态，B正确；

C．化学平衡常数K只与温度有关，与反应是否达到平衡无关，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，C错误；

D．反应在恒容密闭容器中进行，反应混合物都是气体，气体的体积、质量始终不变，因此气体密度始终不变，所以不能据此判断反应是否处于平衡状态，D错误；

故合理选项是B；

③根据平衡移动原理：增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。由于该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，要提高该反应中NO2平衡转化率，采取的措施是低温高压，故合理选项是B；

(3)①在恒容密闭容器中，气体的压强比等于气体的物质的量的比，在反应开始时加入了3.7 mol CO，反应达到平衡时测得体系的压强为原来的，则气体的物质的量为n(气体)=×3.7 mol=1 mol，假设平衡时反应产生Ni(CO)4(g)为x mol，则反应消耗CO物质的量为4x mol，平衡时CO物质的量为(3.7-4x) mol，则(3.7-4x) mol+x mol=1 mol，解得x=0.9 mol，由方程式可知Ni与反应产生的Ni(CO)4(g)的物质的量相同，因此10 min内反应消耗Ni的物质的量为0.9 mol，其质量是m(Ni)=0.9 mol×59 g/mol=53.1 g，所以0～10 min内平均反应速率v(Ni)= 53.1 g÷10 min=5.31 g/min；

②当反应达到平衡时v正=v逆，由于正反应速率v正=k正·x4(CO)，逆反应速率v逆=k逆·x[Ni(CO)4]，所以k正·x4(CO)= k逆·x[Ni(CO)4]，=K，根据①可知平衡时n[Ni(CO)4]=0.9 mol，n(CO)=1.0 mol-0.9 mol=0.1 mol，所以x(CO)=，x[Ni(CO)4]=，所以K==9×103(或9000)；

③该反应是放热反应。降低温度时，平衡正向移动，同时正反应速率、逆反应速率均减小，x(CO)减小，x[Ni(CO)4]增大，所以反应重新达到平衡时相应的点分别为D、B。