题目内容
【题目】霾天气严重影响人们的生活,其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。
(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=Q kJ·mol-1。在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(min) 浓度(mol·L-1) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.00 | 0.58 | 0.40 | 0.40 | 0.48 | 0.48 |
N2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 | 0.36 | 0.36 |
CO2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 | 0.36 | 0.36 |
①0~10 min内,NO的平均反应速率v(NO)=_______________________,T1℃时,该反应的平衡常数K=____________。
②30 min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______(填字母)。
a.升高温度 b.通入一定量的NO
c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂
③若30 min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中,NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则Q__________(填“>”、“=”或“<”)0。
(2)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图所示:
①由图甲可知,SCR技术中的氧化剂为_______________。已知c(NO2):c(NO)=1:1时脱氮效果最佳, 若生成1 mol N2时反应放出的热量为Q kJ。此时对应的脱氮反应的热化学方程式为__________________________
②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业使用的最佳的催化剂和相应温度分别为___________________________。
(3)汽车尾气中的SO2可用石灰水来吸收,生成亚硫酸钙浊液。已知常温下Ka1(H2SO3)=1.8×10-2 , Ka2(H2SO3)=6.0×10-9。常温下,测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH=9,忽略SO32-的第二步水解,则Ksp(CaSO3)=____________。
【答案】 0.042 mol·L-1·min-1 9/16 bc < NO、NO2 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) ===2N2 (g)+ 3H2O(g) △H = -2Q kJ·mol-1 Mn、200℃左右均可(说明:Cr和Mn最大脱氮率相差不大,但是Cr需要的温度高,为使效益最大化,因此使用Mn更经济); 4.2×10-9
【解析】(1)①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)==0.042molL-1min-1;C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),平衡浓度c(N2)=0.3mol/L;c(CO2)=0.3mol/L;c(NO)=0.4mol/L;反应的平衡常数K=
=
;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),依据图表数据分析,平衡状态物质浓度增大,依据平衡常数计算K=,平衡常数随温度变化,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度增大,反应前后气体体积不变,所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮;a.升高温度,平衡常数改变,平衡移动,故a错误;b.通入一定量的NO,新平衡状态下物质平衡浓度增大,故b正确;c.适当缩小容器的体积,反应前后体积不变,平衡状态物质浓度增大,故c正确;d.加入合适的催化剂,催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,故d错误;故答案为bc;
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比从为5:3:3,氮气和二氧化碳难度之比始终为1:1,所以5:3>4:3,说明平衡向逆反应方向移动,说明逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,故选<;
(2)①由图甲可知SCR技术中NH3与NO、NO2反应产物为N2和水,故氧化剂为NO、NO2;脱氮效果最佳时c(NO2):c(NO)=1:1,因此反应的热化学方程式为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)=2N2(g)+3H2O(g)△H=-2QkJmol-1;
②根据图乙知Mn催化剂时,在200℃左右脱氮率最高,Cr作催化剂,500℃左右脱氮率最高,但二者的最高脱氮率差不多,使用Mn作催化剂需要的温度低,更经济,因此使用的最佳的催化剂和相应的温度分别为Mn、200℃左右;
(3)由Ka2(H2SO3)=6.0×10-9可知SO32-+H2OHSO3-+OH-的水解Kh==1.67×10-4,常温下,测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH为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。
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