Question

【題目】近幾年我國大面積發生霧霾天氣，其主要原因是SO2、NOx等揮發性有機物等發生二次轉化，研究碳、氮、硫及其化合物的轉化對于環境的改善有重大意義。

（1）在一定條件下，CH4可與NOx反應除去NOx，已知有下列熱化學方程式：

①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

則CH4(g)＋2NO2(g) CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H＝_____kJ·mol-1；該反應在_____（高溫，低溫，任何溫度）下可自發進行

（2）SO2經過凈化后與空氣混合進行催化氧化可制取硫酸，其中SO2發生催化氧化的反應為： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H< 0，在一定溫度下的定容容器中，能說明上述平衡達到平衡狀態的是：_______________。

A. 混合氣體的密度不再發生變化 B.混合氣體的平均摩爾質量不再發生變化

C. v(SO2):v(O2):v(SO3)=2:1:2 D.混合氣體的總物質的量不再發生變化

（3）若在T1℃、0.1 MPa條件下，往一密閉容器通入SO2和O2 [其中n(SO2)：n(O2)= 2:1]，測得容器內總壓強與反應時間如下圖所示。

①圖中A點時，SO2的轉化率為________。

②在其他條件不變的情況下，測得T2℃時壓強的變化曲線如圖所示，則C點的正反應速率vc(正)與A點的逆反應速率vA(逆)的大小關系為vc(正)_____v A(逆) (填“>"、“<”或“ = ”)。

③圖中B點的平衡常數Kp=______。(Kp=壓強平衡常數，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓物質的量分數)

（4）為了清除NO、NO2、N2O4對大氣的污染，常采用氫氧化鈉溶液進行吸收處理。現有由a mol NO、b molNO2、c molN2O4組成的混合氣體恰好被VL氫氧化鈉溶液吸收（無氣體剩余），則此氫氧化鈉溶液的物質的量濃度最小為____________。

Answer 1

【答案】－875.3 任何溫度下 BD 45% ＞ 24300（MPa）－1 (a+b+2c)/V mol·L－1

【解析】

根據蓋斯定律分析反應熱，根據平衡狀態的判斷依據分析，根據平衡的三段式計算平衡時物質的量，進而計算平衡常數和轉化率等，根據反應過程中元素守恒分析氮原子和鈉原子的關系，進而計算氫氧化鈉的物質的量。

(1). 根據蓋斯定律分析，①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1；②N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1；③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1，有①-②-③×2得熱化學方程式為：CH4(g)＋2NO2(g) CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H＝(-890.3-67.0+41×2) kJ·mol-1=－875.3kJ·mol-1；該反應為放熱的熵增反應，所以該反應在任何溫度下都能自發進行；

(2) A.因為該反應是在一定的容器中進行，容器的體積不變，混合氣體的總質量不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以密度不再發生變化不能說明是平衡狀態，故錯誤；B.混合氣體的平均摩爾質量是混合氣體的總質量和總物質的量的比值，因為總質量始終不變，但氣體總物質的量隨著反應的進行而改變，所以當平均摩爾質量不再發生變化時說明氣體總物質的量不變，說明反應達到平衡，故正確；C. v(SO2):v(O2):v(SO3)=2:1:2沒有說明反應速率的方向，不能確定是否為平衡狀態，故錯誤；D.混合氣體的總物質的量不再發生變化可以說明反應達到平衡，故正確。故選BD；

(3) ①設起始二氧化硫的物質的量為2mol，氧氣的物質的量為1mol

2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)

起始物質的量 2 1 0

改變物質的量2x x 2x

平衡物質的量 2-2x 1-x 2x

則有（2-2x+1-x+2x）/（2+1）=0.085/0.1 解x=0.45，二氧化硫的轉化率為×100%= 45%

②A點未到平衡，正反應速率小于逆反應速率，C點為平衡點，正逆速率相等，且T2反應速率快，說明溫度高，則C點的正反應速率大于A點的逆反應速率；

③設起始二氧化硫的物質的量為2mol，氧氣的物質的量為1mol

2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)

起始物質的量 2 1 0

改變物質的量2x x 2x

平衡物質的量 2-2x 1-x 2x

則有（2-2x+1-x+2x）/（2+1）=0.07/0.1 解x=0.9，

平衡常數Kp= =24300（MPa）-1 ;

(4) 現有由a mol NO、b molNO2、c molN2O4組成的混合氣體恰好被VL氫氧化鈉溶液吸收（無氣體剩余），則產物中為硝酸鈉或亞硝酸鈉，氮原子和鈉原子個數相等，則氮原子的物質的量為（a+b+2c）mol，則氫氧化鈉的物質的量濃度最小為(a+b+2c)/V mol·L－1。