Question

【題目】二氧化硫是危害最為嚴重的大氣污染物之一,它主要來自化石燃料的燃燒,研究CO催化還原SO2的適宜條件,在燃煤電廠的煙氣脫硫中具有重要價值。

Ⅰ.從熱力學角度研究反應

(1) C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

寫出CO 還原SO2的熱化學方程式:_________________。

(2)關于CO還原SO2的反應,下列說法正確的是______。

A.在恒溫恒容條件下,若反應體系壓強不變,則反應已達到平衡狀態(tài)

B.平衡狀態(tài)時,2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他條件不變,增大SO2的濃度,CO的平衡轉化率增大

D.在恒溫恒壓的容器中,向達到平衡狀態(tài)的體系中充入N2,SO2的平衡轉化率不變

Ⅱ．NOx的排放主要來自于汽車尾氣，包含NO2和NO，有人提出用活性炭對NOx進行吸附，發(fā)生反應如下：

反應a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=－34.0kJ/mol

反應b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=－64.2kJ/mol

(3)對于反應a，在T1℃時，借助傳感器測得反應在不同時間點上各物質(zhì)的濃度如下：

時間(min) 濃度(mol·L-1)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0~10min內(nèi)，NO的平均反應速率v(NO)=___________，當升高反應溫度，該反應的平衡常數(shù)K___________(選填“增大”、“減小”或“不變”)。

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡；根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是___________(填字母)。

A．加入一定量的活性炭 B．通入一定量的NO

C．適當縮小容器的體積 D．加入合適的催化劑

(4)①某實驗室模擬反應b，在密閉容器中加入足量的C和一定量的NO2氣體，維持溫度為T2℃，如圖為不同壓強下反應b經(jīng)過相同時間NO2的轉化率隨著壓強變化的示意圖。請從動力學角度分析，1050kPa前，反應b中NO2轉化率隨著壓強增大而增大的原因_____________；在1100kPa時，NO2的體積分數(shù)為___________。

②用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學平衡常數(shù)(記作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa時，該反應的化學平衡常數(shù)Kp=___________(計算表達式表示)；已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓(P總)×體積分數(shù)。

Answer 1

【答案】2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s)　ΔH=-270.0 kJ·mol-1 AC 0.042mol/(Lmin) 減小 BC 1050kPa前反應未達平衡狀態(tài)，隨著壓強增大，反應速率加快，NO2轉化率提高 50% 或

【解析】

（1）CO與SO2的反應方程式為2CO＋SO2=2CO2＋S，① C(s)+O2(g)= CO2(g)，②CO2(g)+C(s) =2CO(g)，③S(s)+O2(g)= SO2(g)，因此有①－②－③得出2CO(g)＋SO2(g)=2CO2(g)＋S(s) △H=－270.0kJ·mol－1；

（2）A、根據(jù)反應方程式，硫為固體，其余為氣體，反應前后氣體分子數(shù)之和不相等，因此當壓強不再改變，說明反應達到平衡，故A正確；

B、不同物質(zhì)的速率表示達到平衡，要求反應的方向一正一逆，且反應速率之比等于系數(shù)之比，即v正(CO)=2v逆(SO2)，故B錯誤；

C、其他條件不變，增大SO2的濃度，增加反應物的濃度，平衡向正反應反應移動，CO的轉化率增大，故C正確；

D、恒溫恒壓下，通入非反應氣體，容器的體積增大，物質(zhì)的量濃度降低，平衡向逆反應方向進行，SO2的轉化率的降低，故D錯誤；答案為AC；

（3）①根據(jù)反應速率數(shù)學表達式，v(NO)=(1.00－0.58)mol/L÷10min=0.042mol/(L·min)；反應a和b都是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，即升高溫度，平衡常數(shù)K減小；

②A、活性炭為固體，加入活性炭，不影響化學平衡，故A不符合題意；

B、通入一定量的NO，NO濃度增大，平衡向正反應方向移動，N2濃度增大，故B符合題意；

C、適當縮小容器的體積，所有氣體的濃度均增大，故C符合題意；

D、加入合適的催化劑，不影響化學平衡，故D不符合題意；答案為BC；

（4）①根據(jù)示意圖，1050kPa前，反應未達到平衡，隨著壓強增大，反應速率增大，NO2的轉化率加快；假設通入1molNO2，2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g)

起始： 1 0 0

變化： 0.4 0.2 0.4

平衡： 0.6 0.2 0.4 1100kPa時，NO2的體積分數(shù)為0.6mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol×100%=50%；

②NO2的體積分數(shù)為1/2，N2的體積分數(shù)為0.2mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol=1/6，CO2的體積分數(shù)為1/3，Kp==或。