Question

12．煙氣的主要污染物是SO₂、NOx，經(jīng)臭氧預(yù)處理后再用適當(dāng)溶液吸收，可減少煙氣中SO₂、NOx的含量．O₃氧化煙氣中SO₂、NOx的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）反應(yīng)3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3 kJ•mol^-1．
（2）臭氧脫硝反應(yīng)2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）能自發(fā)進(jìn)行．在溫度為T₁K時(shí)，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1mol O₃和2mol NO₂，發(fā)生上述反應(yīng)，經(jīng)25分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測(cè)得平衡時(shí)N₂O₅（g）的濃度為0.25mol•L^-1．
①判斷該反應(yīng)的△S＜0，△H＜0（填＞、＜或=）．
②在溫度為T₁K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．
③下列說法正確的是CD．
A．從反應(yīng)開始到達(dá)平衡，NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=0.04mol•L^-1•min^-1
B．T₁K時(shí)，若起始時(shí)向容器中充入1mol O₃、2mol NO₂、1mol O₂和1mol N₂O₅氣體，則反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）＜v（逆）
C．若改變反應(yīng)溫度為T₂K，測(cè)得平衡時(shí)NO₂的濃度為0.60mol•L^-1，則T₂＞T₁
D． T₁K時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)容器的體積為2L，若維持T₁K壓縮容器使NO₂轉(zhuǎn)化率為60%，則此時(shí)容器的體積約為0.71L
④若維持其他條件不變，僅改變溫度為T₂K時(shí)，經(jīng)15分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測(cè)得平衡時(shí)N₂O₅（g）的濃度為0.20mol•L^-1．畫出在T₂K下從0到25分鐘c（NO₂）隨時(shí)間變化圖．

Answer 1

分析 （1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），△H進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，說明△H-T△S＜0，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，即該反應(yīng)的△S＜0；
 ②先計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)濃度，再代入K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
③A．NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$；
B．計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）、v（逆）相對(duì)大小；
C．根據(jù)NO₂的濃度變化判斷改變溫度平衡移動(dòng)方向，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)、降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
D．根據(jù)二氧化氮的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，再結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算容器體積；
④二氧化氮的起始濃度不變?yōu)?mol/L，根據(jù)平衡時(shí)N₂O₅（g）的濃度可以計(jì)算15min平衡時(shí)二氧化氮的濃度，據(jù)此作圖．

解答 解：（1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），則△H=（-200.9kJ•mol^-1）+2（-58.2kJ•mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案為：-317.3；
（2）①反應(yīng)2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，即該反應(yīng)的△S＜0；
由于反應(yīng)2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）能自發(fā)進(jìn)行，說明△H-T△S＜0，則該反應(yīng)的△H＜0，
故答案為：＜；＜；
②向體積為2L的恒容密閉容器中充入1mol
O₃的起始濃度為：$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，NO₂的起始濃度為：$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，經(jīng)25分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，測(cè)得平衡時(shí)N₂O₅（g）的濃度為0.25mol•L^-1，則：
                           2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始濃度（mol/L）：1             0.5            0              0
變化濃度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
平衡濃度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{5}×0.25}$=1，
故答案為：1；
③A．NO₂的平均反應(yīng)速率v（NO₂）=$\frac{0.5mol/L}{25min}$=0.02mol•L^-1•min^-1，故A錯(cuò)誤；
B．此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$=$\frac{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×\frac{1}{2}}$=0.5＜K=1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡，故反應(yīng)達(dá)到平衡前v（正）＞v（逆），故B錯(cuò)誤；
C．T₂K平衡時(shí)NO₂的濃度為0.60mol•L^-1，大于T₁K平衡時(shí)NO₂的濃度（0.50mol•L^-1），說明改變溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度T₂＞T₁，故C正確；
D．維持T₁K壓縮容器使NO₂轉(zhuǎn)化率為60%，故NO₂的物質(zhì)的量變化為2mol×60%=1.2mol，則：
                      2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始量（mol）：2               1             0               0
變化量（mol）：1.2            0.6           0.6            0.6
平衡量（mol）：0.8            0.4           0.6            0.6
設(shè)容器的體積為VL，則$\frac{\frac{0.6}{V}×\frac{0.6}{V}}{（{\frac{0.8}{V}）}^{2}×\frac{0.4}{V}}$=1，解得：V=0.71，故D正確；
故答案為：CD；
④二氧化氮的起始濃度不變?yōu)?mol/L，15min平衡時(shí)二氧化氮的濃度為1mol/L-2×0.2mol/L=0.6mol/L，則T₂K下從0到25分鐘c（NO₂）隨時(shí)間變化圖為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，涉及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡及其影響、蓋斯定律的應(yīng)用等知識(shí)，明確化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、蓋斯定律的內(nèi)容為解答關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)平衡及其影響，試題培養(yǎng)了學(xué)生的靈活應(yīng)用能力．