Question

【題目】消除氮氧化物、二氧化硫等物質造成的污染是目前研究的重要課題。

(1)工業上常用活性炭還原一氧化氮，其反應為：2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)。向容積均為1 L的甲、乙、丙三個恒容恒溫容器中分別加入足量的活性炭和一定量的NO，測得各容器中n(NO)隨反應時間t的變化情況如下表所示：

甲容器反應溫度T℃______400℃(填“>”“<”或“=”)；乙容器中，0~40min內平均反應速率v(CO2)=_____；丙容器中達平衡后NO的物質的量為_________mol。

(2)活性炭還原NO2的反應為：2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，在恒溫條件下，1 mol NO2和足量活性炭發生該反應，測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓的關系如右上圖所示：

①A、B、C三點中NO2的轉化率最高的是_________點(填“A”或“B”或“C”)。

②計算C點時該反應的壓強平衡常數KP=_______MPa

(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。

(3)燃煤煙氣脫硫常用如下方法。

方法①：用生物質熱解氣(主要成分CO、CH4、H2)將SO2在高溫下還原成單質硫。涉及的部分反應如下：

2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1

則H2(g)還原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的熱化學方程式為_______________________。

方法②：用氨水將SO2轉化為NH4HSO3，再氧化成(NH4)2SO4。

實驗測得NH4HSO3溶液中=15，則溶液的pH為________；向該溶液中加氨水使溶液呈中性時， =________。(已知：H2SO3的Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7)

Answer 1

【答案】 > 6.25×10-3mol/(L·min) 0.4 A 4 2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=90.4kJ/mol 5 3

【解析】(1)甲達到平衡要80min,比乙達到平衡所需時間短，故T℃>400℃；乙容器中，0~40min內平均反應速率v(CO2)=v(NO)/2= ；先根據乙求出400℃時的平衡常數

2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)

n始/mol 2

n變/mol 1.2 0.6 0.6

n平/mol 0.8 0.6 0.6

c平/mol/L 0.8 0.6 0.6

丙平衡時

2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)

n始/mol 1

n變/mol 2x x x

n平/mol 1-2x x x

c平/mol/L 1-2x x x

x=0.3mol,丙容器中達平衡后NO的物質的量為（1-0.3×2）mol=0.4mol；

(2)①由方程式可知隨壓強的增大，平衡逆向移動，故A、B、C三點中NO2的轉化率最高的是A點，A點壓強最低；②C點時

2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，

n始/mol 1

n變/mol 2x x 2x

n平/mol 1-2x x 2x

P平/MP 20×2/5 20×1/5 20×2/5

1-2x=2x，x=0.25

該反應的壓強平衡常數KP= MPa;

(3)由2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1

得 △H3+△H1-△H2=－483.6 1kJ·mol-1+8.0 kJ·mol-1－566.0kJ·mol-1=90.4kJ/mol ，故則H2(g)還原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的熱化學方程式為2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=90.4kJ/mol ；Ka1×Ka2=c(H+)2=1.5×10-2×1.0×10-7，c(H+)=10-5mol/L；則溶液的PH=5；NH4HSO3電荷守恒,c（NH4＋ ）+c（H＋）=2c(SO32―)+c（HSO3－）+c（OH－），溶液呈中性，c（H＋）=c（OH－），兩邊同除以(SO32―)， =2+=2+c(H+)/ka2=3。