Question

【題目】煙氣(主要污染物SO2、NOX)經(jīng)O3預(yù)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(yīng)的熱化學(xué)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(shí)，利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中，投入一定量的NO2發(fā)生反應(yīng)3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)，體系的總壓強(qiáng) p隨時(shí)間 t的變化如下表所示：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	20.00	21.38	22.30	23.00	23.58	24.00	24.00

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

②15min 時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 α=______。

③T℃時(shí)反應(yīng)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(zhì)的量分?jǐn)?shù))

(3)T℃時(shí)，在體積為2L的密閉剛性容器中，投入2 mol NO2發(fā)生反應(yīng)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示(反應(yīng)在5.5min時(shí)達(dá)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(yīng)，要提高NO2轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是______________、___________。

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

③計(jì)算A 點(diǎn)處v正/v逆=_________________________(保留1位小數(shù))。

Answer 1

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

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律即可求解；

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

②根據(jù)壓強(qiáng)之比和氣體的物質(zhì)的量成正比進(jìn)行求解；

③根據(jù)壓強(qiáng)之比和氣體的物質(zhì)的量成正比求出各物質(zhì)的量，然后再根據(jù)分壓等于總壓乘以該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)求出各物質(zhì)的分壓，進(jìn)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(zhuǎn)化率，平衡右移；

②根據(jù)“三段式”進(jìn)行求解；

③當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，v正= v逆，可以求出k正/k逆；然后根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行到A 點(diǎn)處，NO2的轉(zhuǎn)化率為30%，利用“三段式”進(jìn)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(jù)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(jù)信息可知3NO2(g)3NO(g)＋O3(g)，ΔH>0，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度，平衡逆向移動(dòng)，氣體分子數(shù)減小，所以壓強(qiáng)降低，所以則平衡后體系壓強(qiáng) p<24.00 MPa；綜上所述，本題答案是：< ；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度，平衡逆向移動(dòng)，氣體分子數(shù)減小，所以壓強(qiáng)降低；

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

③假設(shè)NO2的起始量為3mol，壓強(qiáng)為20.00，25min 時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)為24.00，則剩余氣體總量m為：3/20=m/24，m=18/5mol，設(shè)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(shí)反應(yīng)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(zhuǎn)化率，平衡右移，所以可以采用升高溫度、將生成物之一及時(shí)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(shí)分離。

②反應(yīng)在5.5min時(shí)達(dá)到平衡，NO2的轉(zhuǎn)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(zhì)濃度為：c(NO2)=0.5mol/L，c(NO)= 0.5mol/L，c(O2)=0.25mol，該反應(yīng)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(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，v正= v逆，所以：k正/k逆= c2(NO)·c(O2)/c2(NO2)=K=0.25mol/L；反應(yīng)進(jìn)行到A 點(diǎn)處，NO2的轉(zhuǎn)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(zhì)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。