Question

【題目】消除氮氧化物、二氧化硫等物質(zhì)造成的污染是目前研究的重要課題。

(1)工業(yè)上常用活性炭還原一氧化氮，其反應(yīng)為：2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)。向容積均為l L的甲、乙、丙三個(gè)恒容恒溫容器中分別加入足量的活性炭和一定量的NO，測得各容器中n(NO)隨反應(yīng)時(shí)間t的變化情況如下表所示：

		0min	40min	80min	120min	160min
甲	T℃	2mol	1.45 mol	1 mol	1 mol	1 mol
乙	400℃	2 mol	1.5 mol	1.1 mol	0.8 mol	0.8 mol
丙	400℃	1 mol	0.8 mol	0.65 mol	0.53 mol	0.45 mol

甲容器反應(yīng)溫度T℃______400℃(填“>”“<”或“=”)；乙容器中，0~40min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CO2)=_____________________；丙容器中達(dá)平衡后NO的物質(zhì)的量為_________mol。

(2)活性炭還原NO2的反應(yīng)為：2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，在恒溫條件下，l mol NO2和足量活性炭發(fā)生該反應(yīng)，測得平衡時(shí)NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度與平衡總壓的關(guān)系如圖所示：

①A、B、C三點(diǎn)中NO2的轉(zhuǎn)化率最高的是_________點(diǎn)(填“A”或“B”或“C”)。

②計(jì)算C點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)KP=_______MPa(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(3)燃煤煙氣脫硫常用如下方法。

方法①：用生物質(zhì)熱解氣(主要成分CO、CH4、H2)將SO2在高溫下還原成單質(zhì)硫。涉及的部分反應(yīng)如下：

2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1

則H2(g)還原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式為：_____________________。

Answer 1

【答案】> 6.25×103mol·L1·min1 0.4 A 4 2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=+90.4 kJ·mol-1

【解析】

（1）對(duì)比甲和乙，甲和乙初始時(shí)的組分的量相同，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在相同時(shí)間內(nèi)，甲中反應(yīng)物消耗的比乙多，則甲的反應(yīng)速率更快，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平均速率計(jì)算公式計(jì)算NO的化學(xué)反應(yīng)平均速率，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算CO2的平均反應(yīng)速率；根據(jù)等效平衡判斷丙中NO的物質(zhì)的量；
（2）①反應(yīng)為2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子數(shù)增加，體系總壓強(qiáng)增大，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②根據(jù)圖象，c點(diǎn)時(shí)體系總壓為20MPa，此時(shí)平衡體系中c(CO2)=c(NO2)，列出反應(yīng)的三段式計(jì)算NO2、N2、CO2分壓，進(jìn)而反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp；
（3）H2(g)還原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的化學(xué)方程式為：2H2(g)+SO2(g)═S(g)+2H2O(g)，該反應(yīng)可由已知的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算該反應(yīng)的焓變。

（1）對(duì)比甲和乙，甲和乙初始時(shí)的組分的量相同，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在相同時(shí)間內(nèi)，甲中反應(yīng)物消耗的比乙多，則甲的反應(yīng)速率更快，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大，則甲容器反應(yīng)溫度T℃>400℃；根據(jù)乙容器的數(shù)據(jù)，040min內(nèi)，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間△t=40min，NO的物質(zhì)的量改變量為△n(NO)=2mol1.5mol=0.5mol，容器體積為V=1L，則NO的平均速率為，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知，則040min內(nèi)平均反應(yīng)速率；

根據(jù)反應(yīng)方程式：2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)，可知這是一個(gè)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)不對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生影響，乙和丙兩容器的容積、溫度均相同，起始時(shí)乙容器中的NO的量是丙容器中的兩倍，相當(dāng)于乙容器是加壓的，化學(xué)平衡不移動(dòng)，則平衡時(shí)，兩個(gè)容器中NO的轉(zhuǎn)化率是一樣的，這就是等效平衡的思想，乙中平衡時(shí)，n(NO)=0.8mol，自然丙平衡時(shí)n(NO)必然為0.4mol，

故答案為：>；6.25×103mol·L1·min1；0.4；

（2）①反應(yīng)為2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子數(shù)增加，體系總壓強(qiáng)增大，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以總的來說，高壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)低的NO2轉(zhuǎn)化率，所以A、B、C三點(diǎn)中NO2的轉(zhuǎn)化率最高的是A點(diǎn)；

故答案為：A；

②根據(jù)圖象，c點(diǎn)時(shí)體系總壓為20MPa，此時(shí)平衡體系中c(CO2)=c(NO2)，反應(yīng)的三段式為

2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始量 1 0 0

變化量 2x x 2x

平衡量 1-2x x 2x

平衡體系中c(CO2)=c(NO2)，則12x=2x，x=0.25，NO2、N2、CO2分壓分別為，同理，p(N2)=4Mpa，p(CO2)=8Mpa，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為；

故答案為：4；

（3）已知：①2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1；

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1；

則H2(g)還原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的化學(xué)方程式為：2H2(g)+SO2(g)═S(g)+2H2O(g)，該反應(yīng)可由①②+③得到，根據(jù)蓋斯定律，則該反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>△H=△H1△H2+△H3=8.0 kJ/mol (566.0) kJ/mol +(483.6) kJ/mol =90.4kJ/mol；

故答案為：2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=+90.4 kJ·mol-1。