Question

【題目】消除尾氣中的NO是環境科學研究的熱點課題。

I．NO氧化機理

已知:2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)△H=-110kJ·mol-1;25℃時,將NO和O2按物質的量之比為2:1充入剛性反應容器中,用測壓法研究其反應的進行情況。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示(忽略NO2與N2O4的轉化)

t/min	0	80	160
p/kpa	75.0	63.0	55.0	55.0

(1)0~80min,v(O2)=_____kPa/min;隨著反應進行,反應速率逐漸減小的原因是____。用壓強代替濃度所得到的平衡常數用K(p)表示,25℃時,K(p)的值為____(保留3位有效數字)。

(2)查閱資料,對于總反應2NOg)+O2(g)=2NO2(g)有如下兩步歷程

第一步2NO(g)====N2O2(g) 快速反應

第二步N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g) 慢反應

總反應速率主要由第______步決定;若利用分子捕獲器適當減少反應容器中的N2O2,總反應的平衡常數K(p)將___(填“增大”、“減小”或“不變”);若提高反應溫度至35℃,則體系壓強p∞(35℃)______p∞(25℃)(填“大于”、“等于”或“小于”)。

II．NO的工業處理

(3)H2還原法:2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)；△H=a;已知在標準狀況,由元素最穩定的單質生成1mol純化合物時的焓變叫標準摩爾生成焓。NO(g)和H2O(g)的標準摩爾生成焓分別為+90kJ/mol、-280kJ/mol,則a=_____。

(4)O3-CaSO3聯合處理法

NO可以先經O3氧化,再用CaSO3水懸浮液吸收生成的NO2,轉化為HNO2,則懸浮液吸收NO2的化學方程式為__________;CaSO3水懸浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-對NO2的吸收速率。請用平衡移動原理解釋其主要原因_________________(結合化學用語和文字)

Answer 1

【答案】0.15 反應物濃度減小，反應速率降低 3.20 二 不變 大于 -740kJ/mol CaSO3＋2NO2＋H2O=CaSO4＋2HNO3 對于反應CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸鈉溶液時，硫酸根離子部分結合鈣離子，使其平衡向右移動，SO32-的濃度增大，吸收NO2的速率增大。

【解析】

（1）根據三段式計算；反應物濃度減小，反應速率降低；根據平衡常數的定義書寫；

（2）歷程中最慢的反應步驟決定反應速率；平衡常數K(p)只受溫度影響；提高反應溫度決速反應步驟平衡逆向移動，體系壓強增大；

（3）△H=生成物的標準摩爾生成焓之和-反應物的標準摩爾生成焓之和；

（4）NO2將CaSO3氧化，寫出發生氧化還原反應的方程式。

對于反應CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸鈉溶液時，硫酸根離子部分結合鈣離子，使其平衡向右移動。

（1）t=0min時，P=75kpa，將NO和O2按物質的量之比為2:1充入剛性反應容器中

2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)

p始/kpa 50 25

△p/kpa 2x x 2x

p/kpa 50-2x 25-x 2x

80min時， （50-2x ）+（ 25-x）+2x=63

x=12kpa

v(O2)=12/80=0.15kPa/min；

隨著反應進行,反應速率逐漸減小的原因是：反應物濃度減小，反應速率降低；

平衡時，（50-2x ）+（ 25-x）+2x=55， x=20kpa，用壓強代替濃度所得到的平衡常數用K(p)表示,25℃時,K(p)的值為402/(102×5)=3.20；

（2）歷程中最慢的反應步驟決定反應速率，第二步是慢反應，是決速反應；平衡常數K(p)只受溫度影響，減少反應容器中的N2O2,總反應的平衡常數K(p)將不變；提高反應溫度決速反應步驟N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g) 平衡逆向移動，體系壓強增大，若提高反應溫度至35℃,則體系壓強p∞(35℃)大于p∞(25℃)；

（3）△H=生成物的標準摩爾生成焓之和-反應物的標準摩爾生成焓之和=-280kJ/mol×2-90kJ/mol×2=-740kJ/mol；

（4）NO2將CaSO3氧化，懸浮液吸收NO2的化學方程式為CaSO3＋2NO2＋H2O=CaSO4＋2HNO3；

對于反應CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸鈉溶液時，硫酸根離子部分結合鈣離子，使其平衡向右移動，SO32-的濃度增大，吸收NO2的速率增大。