Question

【題目】消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。

（1）用活性炭還原法： 某研究小組向某密閉容器中加入足量的活性炭和 NO，發生反應：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g) H＝Q kJ·mol－1 在 T1℃下，反應進行到不同時間測得各物質的濃度部分數據如下：

①0～10 min 內， N2 的平均反應速率 υ(N2)=________ ， T1℃時，該反應的平衡常數 K=_____。

②30 min 后，若只改變一個條件，反應重新達到平衡時各物質的濃度如上表所示，則改變的條件可能是____________ (填字母)

a. 加入一定量的活性炭 b. 改變反應體系的溫度

c. 縮小容器的體積 d. 通入一定量的 NO

③若 30 min 后升高溫度至 T2℃，重新達到平衡時，容器中 NO、 N2、 CO2 的濃度之比為 7∶3∶3，則該反應的H______0（填“＞” 、 “ ＝” 、或“＜” ）

（2）NH3 催化還原法： 原理如圖所示

①若煙氣中 c(NO2)： c(NO)=1∶1，發生如圖甲所示的脫氮反應時，反應過程中轉移 1.5mol 電子時放出的熱量為 113.8 kJ，則發生該脫氮反應的熱化學方程式為_____ 。

②圖乙是在一定時間內，使用不同催化劑 Mn 和 Cr 在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業使用的最佳催化劑和相應溫度分別為_____ ；使用 Mn 作催化劑時，脫氮率 b~a 段呈現如圖變化的可能原因是_____。

（3）已知常溫下 Ka1(H2SO3)=1.810－2， Ka2(H2SO3)=6.010－9。 汽車尾氣中的 SO2 用石灰水來吸收，生成的 CaSO3 濁液 pH＝9.0，忽略 SO32－的第二步水解，則Ksp(CaSO3)=_____。

Answer 1

【答案】 0.03 mol·L－1·min－1 K=4 c d ＜ 2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g) 2N2(g)＋3H2O(g) ΔH=－455.2 kJ/mol Mn 、200℃ b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還沒達到化學平衡（反應限度），隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸升高； 4.2×10－9

【解析】（1）①分析圖表數據結合化學反應速率概念計算v，計算平衡濃度結合平衡常數概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應物的冪次方乘積得到；②反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質濃度增大；③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為7：3：3，根據Qc與K的相對大小判斷平衡移動方向，逆反應方向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
（2）①得電子化合價降低的反應物是氧化劑；
②
（3）

（1）①分析圖表數據，0～10min內，N2的平均反應速率v（N2）=0.03 mol/（L/min），
化學平衡三段式列式計算平衡濃度：
C（s）+2NO（g）= N2（g）+CO2（g）；
起始量（mol/L） 1 0 0
變化量（mol/L） 0.8 0.4 0.4
平衡量（mol/L） 0.2 0.4 0.4
K==4

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；a．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故a不符合；
b．改變反應體系的溫度, 達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度不可能都增大，故b不符合；c．當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故c符合；d．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，適故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為7：3：3，Qc=<4，，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故Q＜0，故答案為：＜；
（2）①由圖甲可知NH3與NO、NO2反應產物為N2和水，故氧化劑為NO、NO2；因此反應的熱化學方程式為2NH3（g）+NO（g）+NO2（g）=2N2（g）+3H2O（g）△H=－455.2 kJ/mol；

②根據圖乙知Mn催化劑時，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，更經濟，因此使用的最佳的催化劑和相應的溫度分別為Mn、200℃左右；故答案為：Mn、200℃；使用 Mn 作催化劑時，脫氮率 b~a 段呈現上升狀態，可能的原因是：b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還沒達到化學平衡（反應限度），隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸升高；
（3）由Ka2（H2SO3）=6.0×10-9可知SO32-+H2OHSO3-+OH-的水解Kh===1.67×10-6，
常溫下，測得某純CaSO3與水形成的濁液pH為9，c（HSO3-）=c（OH-）=1×10-5，可知c（SO32-）==6×10-5，
又c（Ca2+）=c（SO32-）+c（HSO3-）=7×10-5，
Ksp（CaSO3）=c（Ca2+）×c（SO32-）=7×10-5×6×10-5=4.2×10-9。