Question

【題目】氮、硫及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用。回答下列問題：

（1）有人設(shè)想利用CO還原SO2。已知S和CO的燃燒熱分別是296.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，請寫出CO還原SO2的生成CO2和S(s)熱化學(xué)方程式________________。

（2）某科研小組研究臭氧氧化堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應(yīng)原理及反應(yīng)熱、活化能數(shù)據(jù)如下：

反應(yīng)Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反應(yīng)Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

已知該體系中臭氧發(fā)生分解反應(yīng)：2O3(g)3O2(g)。請回答：其它條件不變，每次向容積為2 L的反應(yīng)器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模擬煙氣和4.0 mol O3，改變溫度，反應(yīng)相同時間t后體系中NO和SO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示：

①由圖1可知相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2，結(jié)合題中數(shù)據(jù)分析其可能原因_____________________________________________________________________________。

②下列說法正確的是________。

A．Q點一定為平衡狀態(tài)點

B．其它條件不變，若擴(kuò)大反應(yīng)器的容積可提高NO和SO2的轉(zhuǎn)化率

C．溫度高于200℃后，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零

D．臭氧氧化過程不能有效地脫除SO2，但后續(xù)步驟堿吸收可以有效脫硫

③假設(shè)100℃時P、Q均為平衡點，此時反應(yīng)時間為5min，發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧占充入臭氧總量的10%，則體系中剩余O3的物質(zhì)的量是___________；SO2的平均反應(yīng)速率為________；反應(yīng)Ⅰ在此時的平衡常數(shù)為_______________。

Answer 1

【答案】2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s) ΔH＝－270 kJ·mol1 反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng) CD 1.4 mol 0.06mol/(L·min) 8

【解析】

（1）燃燒熱是指101kPa，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，寫熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律計算得到CO還原SO2的生成CO2和S（s）熱化學(xué)方程式；

（2）①反應(yīng)活化能越小反應(yīng)越容易進(jìn)行；

②A．圖象為反應(yīng)相同時間t后的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)經(jīng)歷時間t后，并不一定達(dá)到化學(xué)平衡；

B．其它條件不變，若擴(kuò)大反應(yīng)器的容積，相當(dāng)于對反應(yīng)減壓，考慮到O3的分解反應(yīng)，利于臭氧分解為O2，O3濃度減小，不利于反應(yīng)正向進(jìn)行；

C．根據(jù)圖象，溫度高于200℃后，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零；

D．脫除SO2過程反應(yīng)不易進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率較低，后續(xù)步驟堿吸收可以有效脫硫；

③其它條件不變，每次向容積為2L的反應(yīng)器中充入含2.0mol NO、2.0mol SO2的模擬煙氣和4.0mol O3，反應(yīng)Ⅰ中NO轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)的NO為1.6mol，反應(yīng)的O3為1.6mol；反應(yīng)Ⅱ中SO2的轉(zhuǎn)化率30%，反應(yīng)的二氧化硫0.6mol，反應(yīng)的O3為0.6mol；2O3（g）3O2（g），發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧占充入臭氧總量的10%，為0.4mol，則體系中剩余O3的物質(zhì)的量=4.0mol－1.6mol-0.6mol-0.4mol=1.4mol；

SO2的平均反應(yīng)速率由公式：反應(yīng)速率=△c/△t計算。

平衡狀態(tài)下O2物質(zhì)的量=1.6mol+0.6mol+0.6mol=2.8mol，O3物質(zhì)的量1.4mol，NO剩余物質(zhì)的量=2mol-1.6mol=0.4mol，過程中生成NO2物質(zhì)的量1.6mol，據(jù)此計算平衡常數(shù)。

（1）已知S和CO的燃燒熱分別是296.0 kJ·mol1 、283.0 kJ·mol1，熱化學(xué)方程式為：

①S（s）+O2（g）═SO2（g）△H1=-296.0kJ·mol－1

②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H2=-283.0kJ·mol－1

蓋斯定律計算②×2-①得到：2CO（g）+SO2（g）=2CO2（g）+S（s）△H=-270 kJ·mol－1；

（2）①反應(yīng)Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反應(yīng)Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng)，相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2的原因是：反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng)；

②A．圖象為反應(yīng)相同時間t后的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)經(jīng)歷時間t后，并不一定達(dá)到化學(xué)平衡，所以Q點不一定為平衡點，故A錯誤；

B．其它條件不變，若擴(kuò)大反應(yīng)器的容積，相當(dāng)于對反應(yīng)減壓，考慮到O3的分解反應(yīng)，利于臭氧分解為O2，O3濃度減小，不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，所以不能提高NO和SO2的轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；

C．根據(jù)圖象，溫度高于200℃后，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零，故C正確；

D．脫除SO2過程反應(yīng)不易進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率較低，后續(xù)步驟堿吸收可以有效脫硫，故D正確，

故答案為：CD；

③其它條件不變，每次向容積為2L的反應(yīng)器中充入含2.0mol NO、2.0mol SO2的模擬煙氣和4.0mol O3，反應(yīng)Ⅰ：NO（g）+O3（g）NO2（g）+O2（g）△H1=-200.9kJ·mol－1 Ea1=3.2kJ·mol－1，反應(yīng)中NO轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)的NO為1.6mol，反應(yīng)的O3為1.6mol；反應(yīng)Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1，反應(yīng)中SO2的轉(zhuǎn)化率30%，反應(yīng)的二氧化硫0.6mol，反應(yīng)的O3為0.6mol；2O3（g）3O2（g），發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧占充入臭氧總量的10%，為0.4mol，則體系中剩余O3的物質(zhì)的量=4.0mol－1.6mol-0.6mol-0.4mol=1.4ol，

SO2的平均反應(yīng)速率=△c/△t=0.6mol/（2L×5min）=0.06mol/（L·min），

平衡狀態(tài)下O2物質(zhì)的量=1.6mol+0.6mol+0.6mol=2.8mol，O3物質(zhì)的量1.4mol，NO剩余物質(zhì)的量=2mol-1.6mol=0.4mol，過程中生成NO2物質(zhì)的量1.6mol，據(jù)此計算平衡常數(shù)，NO（g）+O3（g ）NO2（g）+O2（g），平衡常數(shù)K= =8。