Question

【题目】环境污染影响人类生存，治理污染是化学工作者研究的重要课题。

Ⅰ．汽车尾气主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科学家目前正尝试用二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气。

（1）已知：2NO(g)+O2==2NO2(g) ΔH1=113.0 kJmol1

2SO2(g)+O2(g)==2SO3(l) ΔH2=288.4 kJmol1

请判断反应NO2(g)+SO2(g)==NO(g)+SO3 (l)，在低温下能否自发进行，并说明理由 。

（2）已知TiO2催化汽车尾气降解的原理为：

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)；4NO(g)+3O2(g)+2H2O(g)4HNO3(g)。

①在O2浓度几乎不变的条件下，模拟CO、NO的降解，得到降解率随时间变化如图1所示。反应40秒后检测到混合气体中N2浓度明显上升而HNO3(g)浓度有所降低，请用化学方程式并结合化学反应原理解释出现该现象的可能原因 。

②图2为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(α、β型)和不同温度下，实验进行相同一段时间(t秒)后测得的CO降解率变化。已知50℃、t秒时容器中O2浓度为0.01 molL1，求此温度下在α型沥青混凝土中CO降解反应的平衡常数 。

③下列关于图2 的说法不正确的是 。

A．根据降解率由b到c随温度的升高而增大，可知CO降解反应的平衡常数Kb＜Kc

B．相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大

C．a点的数据反映出CO与O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的

D．d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效

Ⅱ．对燃煤烟气的脱硫、脱硝处理是环境科学研究的热点。

（3）工业上采用尿素[CO(NH2)2]湿法进行脱硫和脱硝，其过程表示如下：

①上述过程中脱硫反应的化学方程式为 。

②尿素溶液中存在如下反应：CO(NH2)2(aq)＋H2ONH2COONH4(aq) (ΔH＜0)，研究表明，增大溶液中NH2COONH4的浓度会使脱硫速率明显加快，因此工业生产中常将温度控制在60℃左右，原因是：温度过低，该反应进行很慢，使溶液中NH2COONH4的含量较少； (请将原因补充完整)。

③工业上常用NaOH溶液吸收法脱硝，化学方程式为：NO+NO2+2NaOH==2NaNO2+H2O，2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，现有平均组成为NOx的NO、NO2混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，则x的取值范围为 ；反应后溶液中n(NO2)︰n(NO3)= (用含x的代数式表示)。

Answer 1

【答案】（1）经计算ΔH=(113.0288.4) kJmol1×0.5=87.7 kJmol1＜0，且可判断该反应的ΔS＜0，故在低温下可自发进行(2分)

（2）①40秒后发生反应2NO==N2+O2，生成氮气，并且NO浓度降低，平衡4NO(g)+3O2(g)+ 2H2O(g) 4HNO3(g)逆向移动，造成HNO3浓度降低 (2分)

②(2分) ③AC(2分)

（3）①2SO2+O2+ 2CO(NH2)2+4H2O==2(NH4)2SO4+2CO2 (2分)

②温度过高，平衡逆移，也会使生成的NH2COONH4浓度下降(2分)

③ 1.5≤x＜2 (1分) (52x)︰(2x3) (1分)

【解析】Ⅰ．（1）反应NO2(g)+SO2(g)==NO(g)+SO3 (l)的焓变ΔH=(ΔH2ΔH1)×=(113.0288.4) kJmol1×=87.7 kJmol1＜0，根据物质状态可知，该反应为气体分子数减小的反应，则ΔS＜0，ΔHTΔS＜0，故该反应在低温下可自发进行。

（2）①40秒后N2浓度上升，应为NO分解引起：2NO==N2+O2，NO分解同时引起NO浓度降低，则平衡4NO(g)+3O2(g)+ 2H2O(g)4HNO3(g)逆向移动，造成HNO3浓度降低。

②从图像看，50℃、t秒时已达到平衡状态，CO转化率为x，设CO的初始浓度为a，则其平衡浓度为a(1x)，由化学方程2CO(g)+O2(g)2CO2(g)可得CO2的平衡浓度为ax，已知O2浓度为0.01 molL1，代入平衡常数表达式进行计算可得50℃下CO降解反应的平衡常数。

③图2中无论型α型还是β型，降解率达到最大值后，随着温度升高降解率反而下降，说明CO降解反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)是放热反应，平衡后升高温度，则平衡逆向移动，CO降解率降低。A．α型对应曲线，c点之前未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率增大，则相同时间内转化的CO增多，即CO降解率增大；对于放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，则Kb＞Kc，故A不正确。B．从图上看，相同温度下β型曲线位于α型曲线上方，说明相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大，故B正确。C．有效碰撞频率最高，说明反应速率最大，事实上温度升高使反应速率增大，则c、d点的反应速率更大，故C不正确。D．d点降解率直线下降至零，则CO几乎不能降解，说明此时温度较高，催化剂已失效，故D正确。

Ⅱ．（3）①由图3可知，脱硫反应中SO2转化为(NH4)2SO4，同时烟气中的O2也参与反应，作为氧化剂把SO2氧化，碳元素应转化为CO2，配平后的化学方程式为：2SO2 + O2 + 2CO(NH2)2 + 4H2O == 2(NH4)2SO4 + 2CO2。

②为保证氨基甲酸铵的产量，不但要从反应速度方面考虑，还要从反应程度方面考虑，因该反应为放热反应，所以控温的另一个原因是：温度过高，平衡逆移，会使NH2COONH4的浓度下降。

③混合气体通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据化学方程式NO+NO2+2NaOH==2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH==NaNO2+NaNO3+H2O分析，必须满足n(NO2)︰n(NO)≥1的条件。当n(NO2)︰n(NO)=1时，则NO、NO2混合气体的平均组成为NO1.5，即x=1.5；当只有NO2时，x=2；故x取值范围为1.5≤x＜2。NOx被NaOH溶液完全吸收，根据得失电子守恒配平化学方程式得2NOx+2NaOH==(52x)NaNO2+(2x3)NaNO3 +H2O，故反应后溶液中n(NO2)︰n(NO3)=(52x)︰(2x3)。