Question

霧霾天氣嚴(yán)重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法．

（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)：C（s）+2NO（g）═N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．在T₁℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

時(shí)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
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v（NO）=

 

，T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)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(dāng)縮小容器的體積 d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中，NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則Q

 

 （填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．反應(yīng)原理如圖所示：
①由圖甲可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為

 

．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1時(shí)脫氮效果最佳，若生成1mol N₂時(shí)反應(yīng)放出的熱量為Q kJ．此時(shí)對(duì)應(yīng)的脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為

 

．
（3）利用噴霧干燥法脫硫工藝是除去SO₂的常見(jiàn)方法，先將含SO₂的廢氣溶于水，再用飽和石灰漿吸收．該溫度下，吸收液中c（Ca²⁺）一直保持為0.70mol?L^-1，已知Ksp（CaSO₃）=1.4×10^-7，求吸收后溶液中的SO₃^2-的濃度

 

．（寫出計(jì)算過(guò)程，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：

分析：（1）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算v=

△c

△t

，計(jì)算平衡濃度結(jié)合平衡常數(shù)概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物的冪次方乘積得到；
②反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)�，二氧化碳濃度都增大，說(shuō)明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達(dá)到新平衡后個(gè)物質(zhì)濃度增大；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，根據(jù)Qc與K的相對(duì)大小判斷平衡移動(dòng)方向，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑；
②溫度越高，對(duì)設(shè)備的要求越高，所以如果催化劑在較低溫度下能較大程度的脫氫即可；根據(jù)生成1mol氮?dú)夥懦鯭kJ熱量，則生成2mol氮?dú)夥懦?QkJ熱量；
（3）根據(jù)硫酸鈣的溶度積常數(shù)表達(dá)式Ksp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）?c（SO₃^2-）進(jìn)行計(jì)算；

解答： 解：（1）①分析圖表數(shù)據(jù)，0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v（NO）=

1mol/L-0.58mol/

10min

=0.042 mol/（L?min），
化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度：
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L）        1        0        0
變化量（mol/L）       0.6       0.3      0.3
平衡量（mol/L）       0.4       0.3      0.3
K=

0.3×0.3

0.4 2

=

9

16

；
故答案為：0.042 mol/（L?min）；

9

16

；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)�，二氧化碳濃度都增大�?br />a．加入一定量的活性炭是固體，對(duì)平衡無(wú)影響，故a不符合；
b．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)�、二氧化碳濃度增大，故b符合；
c．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動(dòng)，但個(gè)物質(zhì)濃度增大，符合要求，故c符合；
d．加入合適的催化劑，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡，濃度不變，故d不符合；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，Q_c=

3×3

5 2

＜

9

16

，這說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故Q＜0，故答案為：＜；
（2）①由圖甲可知SCR技術(shù)中NH₃與NO、NO₂反應(yīng)產(chǎn)物為N₂和水，故氧化劑為NO、NO₂；脫氮效果最佳時(shí)c（NO₂）：c（NO）=1：1，因此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ?mol^-1；故答案為：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ?mol^-1；
②根據(jù)圖乙知Mn催化劑時(shí)，在200℃左右脫氮率最高，Cr作催化劑，500℃左右脫氮率最高，但二者的最高脫氮率差不多，使用Mn作催化劑需要的溫度低，更經(jīng)濟(jì)，因此使用的最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為Mn、200℃左右；故答案為：Mn、200℃左右；
（3）根據(jù)硫酸鈣的溶度積常數(shù)表達(dá)式Ksp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）?c（SO₃^2-）可知，c（SO₃^2-）=

Ksp(CaSO 3)

c(Ca 2+)

=

1.4×10 -7

0.7

mol/L=2.0×10^-7mol/L，故答案為：2.0×10^-7mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)和反應(yīng)速率概念計(jì)算應(yīng)用，平衡標(biāo)志的分析判斷，Ksp相關(guān)計(jì)算等，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．