Question

【題目】煙氣(主要污染物SO2、NOX)經O3預處理后用CaSO3水懸浮液吸收，可減少煙氣中的SO2、NOx 的含量。

(1) O3氧化煙氣中SO2、NOx 的主要反應的熱化學方程式為： NO(g)＋O3(g)NO2(g)+ O2(g) ΔH＝－200.9 kJ·mol-13NO(g)＋O3(g)3NO2(g) ΔH＝－317.3kJ·mol-1。則2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的ΔH＝_____________kJ·mol-1

(2)T℃時，利用測壓法在剛性反應器中，投入一定量的NO2發(fā)生反應3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)，體系的總壓強 p隨時間 t的變化如下表所示：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強/MPa	20.00	21.38	22.30	23.00	23.58	24.00	24.00

①若降低反應溫度，則平衡后體系壓強 p______24.00 MPa(填“>”、“<”或“＝”),原因是____________。

②15min 時，反應物的轉化率 α=______。

③T℃時反應3NO2(g) 3NO(g)＋O3(g)的平衡常數(shù)Kp=____________(Kp 為以分壓表示的平衡常數(shù)，分壓等于總壓乘以該氣體的物質的量分數(shù))

(3)T℃時，在體積為2L的密閉剛性容器中，投入2 mol NO2發(fā)生反應2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，實驗測得：v正=k正 c2(NO2)，v逆=k逆 c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。在溫度為T℃時NO2的轉化率隨時間變化的結果如圖所示(反應在5.5min時達到平衡)：

①在體積不變的剛性容器中，投入固定量的NO2發(fā)生反應，要提高NO2轉化率，可采取的措施是______________、___________。

②由圖中數(shù)據，求出該反應的平衡常數(shù)為_________。

③計算A 點處v正/v逆=_________________________(保留1位小數(shù))。

Answer 1

【答案】+116.4 < 該反應是吸熱反應，降低反應溫度，平衡逆向移動，氣體分子數(shù)減小，所以壓強降低 45% 13.5MPa 升高溫度 將生成物之一及時分離 0.25mol/L 9.1

【解析】

(1)根據蓋斯定律即可求解；

(2)①根據信息可知3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)，ΔH>0，該反應是吸熱反應，降低反應溫度，平衡逆向移動，氣體分子數(shù)減小，所以壓強降低；

②根據壓強之比和氣體的物質的量成正比進行求解；

③根據壓強之比和氣體的物質的量成正比求出各物質的量，然后再根據分壓等于總壓乘以該氣體的物質的量分數(shù)求出各物質的分壓，進而求出平衡常數(shù)Kp；

(3) ①2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的ΔH＝+116.4 kJ·mol-1；要提高NO2轉化率，平衡右移；

②根據“三段式”進行求解；

③當反應達平衡時，v正= v逆，可以求出k正/k逆；然后根據反應進行到A 點處，NO2的轉化率為30%，利用“三段式”進行求解。

(1)① NO(g)＋O3(g)NO2(g)+ O2(g)ΔH＝－200.9 kJ·mol-1 ②3NO(g)＋O3(g)3NO2(g) ΔH＝－317.3kJ·mol-1；根據蓋斯定律可知，①-②可得2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的ΔH＝－200.9+317.3=+116.4 kJ·mol-1；綜上所述，本題答案是：+116.4。

(2)①根據信息可知3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)，ΔH>0，該反應是吸熱反應，降低反應溫度，平衡逆向移動，氣體分子數(shù)減小，所以壓強降低，所以則平衡后體系壓強 p<24.00 MPa；綜上所述，本題答案是：< ；該反應是吸熱反應，降低反應溫度，平衡逆向移動，氣體分子數(shù)減小，所以壓強降低；

②假設NO2的起始量為3mol，壓強為20.00，15min 時，壓強為23.00，則剩余氣體總量x為：3/20=x/23，x=69/20mol， 設NO2的變化量為ymol，則：3-y+y+y/3=69/20, y=27/20；則反應物的轉化率 α=(27/20)/3×100%=45%；綜上所述，本題答案是：45%。

③假設NO2的起始量為3mol，壓強為20.00，25min 時，達到平衡狀態(tài)，壓強為24.00，則剩余氣體總量m為：3/20=m/24，m=18/5mol，設NO2的變化量為n mol，3-n+n+n/3=18/5, n=9/5；Kp(NO2)=24×(3-9/5)/ (18/5)=8, Kp(NO)= 24×(9/5)/ (18/5)=12, Kp(O3)= 24×(3/5)/ (18/5)=4，T℃時反應3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)的平衡常數(shù)Kp= Kp(O3)×Kp3(NO)/ Kp3(NO2)=4×（3/2）3=13.5MPa ；綜上所述，本題答案是：13.5MPa。

(3) ①2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的ΔH＝+116.4 kJ·mol-1；要提高NO2轉化率，平衡右移，所以可以采用升高溫度、將生成物之一及時分離等方法；綜上所述，本題答案是：升高溫度、將生成物之一及時分離。

②反應在5.5min時達到平衡，NO2的轉化率為50%，投入2 molNO2，變化為1mol，剩余1 molNO2，生成NO為1mol，O2為0.5mol，各物質濃度為：c(NO2)=0.5mol/L，c(NO)= 0.5mol/L，c(O2)=0.25mol，該反應的平衡常數(shù)為c2(NO)c(O2)/c2(NO2)= 0.25mol/L；綜上所述，本題答案是：0.25mol/L。

③當反應達平衡時，v正= v逆，所以：k正/k逆= c2(NO)·c(O2)/c2(NO2)=K=0.25mol/L；反應進行到A 點處，NO2的轉化率為30%，投入2 molNO2，變化為0.6 mol，剩余1.4 mol NO2，生成NO為0.6 mol，O2為0.3mol，各物質濃度為：c(NO2)=0.7mol/L，c(NO)= 0.3mol/L，c(O2)=0.15mol，v正/v逆= （k正/k逆）×c2(NO2)/ c2(NO)·c(O2)=0.25×0.72/(0.32×0.15)= 9.1；綜上所述，本題答案是：9.1。