Question

【題目】工業(yè)廢氣、汽車尾氣排放出的NOx、SO2等，是形成霧霾的主要物質(zhì)，其綜合治理是當(dāng)前重要的研究課題。

Ⅰ. NOx的消除。汽車尾氣中的NO(g)和CO(g)在一定溫度和催化劑條件下可發(fā)生如下反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) △H。

（1）已知：CO燃燒熱的△H1=－283.0kJ·mol-l，

N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H2=+180.5kJ·mol-1，則△H=____________。

（2）某研究小組探究催化劑對(duì)CO、NO轉(zhuǎn)化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，相同時(shí)間內(nèi)測量逸出氣體中NO含量，從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率)，結(jié)果如下圖所示。

①以下說法正確的是__________________(填字母)。

A.兩種催化劑均能降低活化能，但△H不變

B.相同條件下，改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率沒有影響

C.曲線Ⅱ中的催化劑適用于450℃左右脫氮

D.曲線Ⅱ中催化劑脫氮率比曲線I中的高

②若低于200℃，圖中曲線I脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因?yàn)?/span>___________；判斷a點(diǎn)是否為對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率，并說明其理由：____________。

Ⅱ.SO2的綜合利用

（3）某研究小組對(duì)反應(yīng)NO2+SO2SO3+NO △H<0進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究。在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變原料氣配比[no(NO2)：no(SO2)]進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)(各次實(shí)驗(yàn)的溫度可能相同，也可能不同)，測定NO2的平衡轉(zhuǎn)化率[a(NO2)]。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如右圖所示。

①如果將圖中C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>B點(diǎn)的平衡狀態(tài)，應(yīng)采取的措施是________________。

②圖中C、D兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TC和TD，通過計(jì)算判斷：TC__________TD(填“>”、“=”或“<”)。

（4）已知25℃時(shí)，NH3·H2O的Kb=1.8×10-5，H2SO3的Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8。若氨水的濃度為2.0mol·L-1，溶液中的c(OHˉ)= ____________mol·L-1；將SO2通入該氨水中，當(dāng)溶液呈中性時(shí)溶液中的=__________。

Answer 1

【答案】 -746.5kJ/mol A、C 溫度較低時(shí)，催化劑的活性偏低 不是平衡脫氮率。因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)線II可知，a點(diǎn)對(duì)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高 降低溫度 = 6.0×10-3 2.24

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，圖像分析，外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素，電離平衡常數(shù)的計(jì)算。

I.（1）CO燃燒熱的ΔH1=-283.0kJ/mol，則CO（g）+O2（g）=CO2（g）ΔH1=-283.0kJ/mol（①式），N2（g）+O2（g）2NO（g）ΔH2=+180.5kJ/mol（②式），應(yīng)用蓋斯定律，①式2-②式得，2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）ΔH=（-283.0kJ/mol）2-（+180.5kJ/mol）=-746.5kJ/mol。

（2）①A，兩種催化劑均能降低活化能，加快反應(yīng)速率，但ΔH不變，A項(xiàng)正確；B，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，脫氮率增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C，根據(jù)圖像，曲線II在450℃左右催化活性最大，曲線II中的催化劑適用于450℃左右脫氮，C項(xiàng)正確；D，催化劑只影響化學(xué)反應(yīng)速率，不影響轉(zhuǎn)化率，不影響脫氮率，D項(xiàng)錯(cuò)誤；正確的是A、C，答案選AC。

②低于200℃，曲線I脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因?yàn)椋簻囟容^低時(shí)（低于200℃），催化劑的活性偏低，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響小。a點(diǎn)不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率，理由是：因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)曲線II可知，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率應(yīng)高于450℃時(shí)，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高。

II.（3）①C點(diǎn)和B點(diǎn)原料氣配比相同，B點(diǎn)NO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于C點(diǎn)，說明將C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>B點(diǎn)的平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的放熱反應(yīng)，C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>B點(diǎn)的平衡狀態(tài)，應(yīng)采取的措施是降低溫度。

②C點(diǎn)，原料氣配比為1，NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，用三段式

NO2+SO2SO3+NO

c（起始）（mol/L） 1 1 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）150% 0.5 0.5 0.5

c（平衡）（mol/L） 0.5 0.5 0.5 0.5

C點(diǎn)，化學(xué)平衡常數(shù)KC===1。

D點(diǎn)，原料氣配比為1.5，NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，用三段式

NO2+SO2SO3+NO

c（起始）（mol/L） 1.5 1 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）1.540% 0.6 0.6 0.6

c（平衡）（mol/L） 0.9 0.4 0.6 0.6

D點(diǎn)，化學(xué)平衡常數(shù)KD===1。

C點(diǎn)和D點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)相等，TC=TD。

（4）NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4++OH-，溶液中c（NH4+）=c（OH-），c（NH3·H2O）=2.0mol/L-c（NH4+）2.0mol/L，Kb=，c（OH-）===610-3mol/L。SO2通入氨水中，溶液中的電荷守恒為c（NH4+）+c（H+）=c（HSO3-）+2c（SO32-）+c（OH-），當(dāng)溶液呈中性時(shí)c（H+）=c（OH-），則c（NH4+）=c（HSO3-）+2c（SO32-），Ka2=，c（SO32-）=Ka2·c（HSO3-）/c（H+），c（NH4+）=c（HSO3-）+2 Ka2·c（HSO3-）/c（H+）=[1+2Ka2/c（H+）]c（HSO3-），=1+2Ka2/c（H+）=1+26.210-8（110-7）=2.24。