题目内容
15．烟气的主要污染物是SO2、NOx，经臭氧预处理后再用适当溶液吸收，可减少烟气中SO2，、NOx的含量．O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为：①NO（g）+O3（g）═NO2（g）+O2（g）△H=-200.9kJ•mol-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═NO2（g）△H=-58.2kJ•mol-1
③SO2（g）+O3（g）?SO3（g）+O2（g）△H=-241.6kJ•mol-1
（1）反应④3NO（g）+O3（g）═3NO2（g）的△H=-317.3 kJ•mol-1．
（2）臭氧脱硝反应⑤2NO2（g）+O3（g）?N2O5（g）+O2（g）能自发进行．在温度为T1K时，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol O3和2mol NO2，发生上述反应⑤，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N2O5（g）的浓度为0.25mol•L-1．
①判断该反应的△S＜0，△H＜0（填＞、＜或=）．
②在温度为T1K时该反应的平衡常数K=1．
③下列说法正确的是CD．
A．从反应开始到达平衡，NO2的平均反应速率v（NO2）=0.04mol•L-1•min-1
B．T1K时，若起始时向容器中充入1mol O3、2mol NO2、1mol O2和1mol N2O5气体，则反应达到平衡前v（正）＜v（逆）
C．若改变反应温度为T2K，测得平衡时NO2的浓度为0.60mol•L-1，则T2＞T1
D． T1K时反应达平衡时容器的体积为2L，若维持T1K压缩容器使NO2转化率为60%，则此时容器的体积约为0.71L
④若维持其他条件不变，仅改变温度为T2K时，经15分钟反应达平衡，测得平衡时N2O5（g）的浓度为0.20mol•L-1．画出在T2K下从0到25分钟c（NO2）随时间变化图1．
（3）室温下，若进入反应器的NO、SO2的物质的量一定，改变加入O3的物质的量，反应一段时间后体系中n（NO）、n（NO2）和n（SO2）随反应前n（O3）：n（NO）的变化见图2．
①当n（O3）：n（NO）＞1时，反应后NO2的物质的量减少，其原因是O3将NO2氧化成更高价氮氧化物（或生成了N2O5）．
②增加n（O3），O3氧化SO2的反应几乎不受影响，其可能原因是SO2与O3的反应速率慢．
（4）工业上常采用将反应生成物移出平衡体系以提高反应物的转化率．对臭氧脱硫反应③SO2（g）+O3（g）?SO3（g）+O2（g），在不改变反应物投料下可采取增压的措施提高SO2的转化率，可能的理由是增压可能使SO3转为非气体物从平衡混合物中分离，从而使平衡向气体物质的量减小的方向移动．
分析 （1）①NO（g）+O3（g）═NO2（g）+O2（g）△H=-200.9kJ•mol-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═NO2（g）△H=-58.2kJ•mol-1
由盖斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O3（g）═3NO2（g），△H进行相应的计算；
（2）①反应能自发进行，说明△H-T△S＜0，正反应为气体物质的量减小的反应，混乱度减小，即该反应的△S＜0；
②先计算平衡时各物质浓度，再代入K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）．c（{O}_{3}）}$计算平衡常数；
③A．NO2的平均反应速率v（NO2）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$；
B．计算此时的浓度商Qc，与平衡常数K比较判断反应进行方向，进而判断反应达到平衡前v（正）、v（逆）相对大小；
C．根据NO2的浓度变化判断改变温度平衡移动方向，而升高温度平衡向吸热反应方向移动、降低温度平衡向放热反应方向移动；
D．根据二氧化氮的转化率计算平衡时各组分物质的量，再结合平衡常数计算容器体积；
④二氧化氮的起始浓度不变为1mol/L，根据平衡时N2O5（g）的浓度可以计算15min平衡时二氧化氮的浓度，据此作图；
（3）①O3具有强氧化性，可以氧化NO2；
②O3氧化SO2的反应几乎不受影响，可能是反应速率慢；
（4）反应前后气体体积不发生变化，而增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，应是加压后生成物转化为非气体．
解答 解：（1）①NO（g）+O3（g）═NO2（g）+O2（g）△H=-200.9kJ•mol-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═NO2（g）△H=-58.2kJ•mol-1
由盖斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O3（g）═3NO2（g），则△H=（-200.9kJ•mol-1）+2（-58.2kJ•mol-1）=-317.3kJ/mol，
故答案为：-317.3；
（2）①正反应为气体物质的量减小的反应，混乱度减小，即该反应的△S＜0，由于反应能自发进行，说明△H-T△S＜0，可推知△H＜0，
故答案为：＜；＜；
②向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol
O3的起始浓度为$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，NO2的起始浓度为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N2O5（g）的浓度为0.25mol•L-1，则：
2NO2（g）+O3（g）?N2O5（g）+O2（g）
起始浓度（mol/L）：1 0.5 0 0
变化浓度（mol/L）：0.5 0.25 0.25 0.25
平衡浓度（mol/L）：0.5 0.25 0.25 0.25
则平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）．c（{O}_{3}）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{2}×0.25}$=1，
故答案为：1；
③A．NO2的平均反应速率v（NO2）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{25min}$=0.02mol•L-1•min-1，故A错误；
B．此时的浓度商Qc=$\frac{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×\frac{1}{2}}$=0.5＜k=1，反应向正反应进行建立平衡，故反应达到平衡前v（正）＞v（逆），故B错误；
C．T2K平衡时NO2的浓度为0.60mol•L-1，大于T1K平衡时NO2的浓度（0.50mol•L-1），说明改变温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，则温度T2＞T1，故C正确；
D．维持T1K压缩容器使NO2转化率为60%，故NO2的物质的量变化为2mol×60%=1.2mol，则：
2NO2（g）+O3（g）?N2O5（g）+O2（g）
起始量（mol）：2 1 0 0
变化量（mol）：1.2 0.6 0.6 0.6
平衡量（mol）：0.8 0.4 0.6 0.6
设容器的体积为VL，则$\frac{\frac{0.6}{V}×\frac{0.6}{V}}{（\frac{0.8}{V}）^{2}×\frac{0.4}{V}}$=1，解得V=0.71，故D正确，
故选：CD；
④二氧化氮的起始浓度不变为1mol/L，15min平衡时二氧化氮的浓度为1mol/L-2×0.2mol/L=0.6mol/L，则T2K下从0到25分钟c（NO2）随时间变化图为：
，
故答案为：；
（3）①O3具有强氧化性，可以将NO2氧化成更高价氮氧化物（或生成了N2O5），反应后NO2的物质的量减少，
故答案为：O3将NO2氧化成更高价氮氧化物（或生成了N2O5）；
②O3氧化SO2的反应几乎不受影响，可能是反应速率慢，
故答案为：SO2与O3的反应速率慢；
（4）增压可能使SO3转为非气体物从平衡混合物中分离，从而使平衡向气体物质的量减小的方向移动，提高SO2的转化率，
故答案为：增压可能使SO3转为非气体物从平衡混合物中分离，从而使平衡向气体物质的量减小的方向移动．
点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析、判断及计算能力，难点是图象分析、三段式的灵活应用，题目难点中等．
名校课堂系列答案
| 类别 选项 | 纯净物 | 混合物 | 电解质 | 非电解质 |
| A | 苏打 | 纯净空气 | CaCO3 | 干冰 |
| B | 碘酒 | 漂白粉 | NH3•H20 | Fe |
| C | 明矾 | 铝合金 | 石墨 | 醋酸 |
| D | 盐酸 | CuSO4•5H2O | Na2SO4 | 酒精 |
| A． | A | B． | B | C． | C | D． | D |
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol
（1）该反应的K值表达式为$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）体积不变的条件下，下列措施中有利于提高CO产率的是AB（填字母）．
A．升高温度 B．降低压强 C．增加C用量 D．通入H2
（3）某温度下，四种容器中均进行着上述反应，各容器中炭足量，其它物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如表所示．请填写表中相应的空格①和②．
| 容器编号 | c（H2O）/mol/L | c（CO）/mol/L | c（H2）/mol/L | V正、V逆比较 |
| Ⅰ | 0.06 | 0.60 | 0.10 | V正=V逆 |
| Ⅱ | 0.06 | 0.50 | 0.40 | ① |
| Ⅲ | 0.12 | 0.40 | 0.80 | V正＜V逆 |
| Ⅳ | 0.12 | 0.30 | ② | V正=V逆 |
（5）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ/mol
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）；△H=-283.0kJ/mol
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）；△H=-241.8kJ/mol
那么，将2.4g炭完全转化为水蒸气，然后再燃烧，整个过程△H=-78.7kJ/mol．
在2L密闭容器内，800℃时反应：2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的变化如表：| 时间（s） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| n（NO）（mol） | 0.020 | 0.010 | 0.008 | 0.007 | 0.007 | 0.007 |
已知：K300°C＞K350°C，则该反应是放热反应．
（2）图中表示NO2的变化的曲线是b．用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v=1.5×10-3mol•L-1•s-1．
（3）能说明该反应已达到平衡状态的是bc．
a．v （NO2）=2v （O2） b．容器内压强保持不变
c．v逆（NO）=2v正 （O2） d．容器内密度保持不变
（4）为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是c．
a．及时分离出NO2气体 b．适当升高温度
c．增大O2的浓度 d．选择高效催化剂
HNO2是一种弱酸，部分弱酸的电离平衡常数如下表：
| 弱酸 | HNO2 | HClO | H2CO3 | H2SO3 |
| 电离平衡常数 （25℃） | Ki=5.1×10-4 | Ki=2.98×10-8 | $\begin{array}{l}{K_{i1}}=4.3×{10^{-7}}\\{K_{i2}}=5.6×{10^{-11}}\end{array}$ | $\begin{array}{l}{K_{i1}}=1.54×{10^{-2}}\\{K_{i2}}=1.02×{10^{-7}}\end{array}$ |
（6）下列离子方程式正确的是BD
A．2ClO-+H2O+CO2→2HClO+CO32-
B．2HNO2+CO32-→2NO2-+H2O+CO2↑
C．H2SO3+CO32-→CO2+H2O+SO32-
D．Cl2+H2O+2CO32-→2HCO3-+Cl-+ClO-
（7）常温下，pH=3的HNO2溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后，溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（NO2-）＞c（Na+）＞c（H+）＞c（OH-）．
（1）对于该反应：4CO（g）+2NO2（g）?4CO2（g）+N2（g）△H=-1 200kJ•mol-1，温度不同（T2＞T1）、其他条件相同时，下列图象正确的是乙（填代号）．
该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{4}（CO）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）汽车尾气中CO与H2O（g）在一定条件下可以发生反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜0.820℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照下表进行投料，达到平衡状态．
| 起始物质的量 | 甲 | 乙 | 丙 |
| n（H2O）/mol | 0.10 | 0.20 | 0.20 |
| n（CO）/mol | 0.10 | 0.10 | 0.20 |
②乙容器中，通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，则平衡常数K增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）为倡导“节能减排”和“低碳经济”，目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料乙醇．一定条件下发生反应：2CO2（g）+6H2（g）?CH3CH2OH（g）+3H2O（g）△H＜0．在一定条件下，在20L密闭容器中按物质的量比为1：3充入CO2和H2，温度在450K，5MPa下测得平衡体系中各物质的体积分数随温度的变化曲线如图丁所示．曲线乙表示的是CO2（填物质的化学式）的体积分数，图象中A点对应的体积分数b=18.8%（结果保留三位有效数字）．
| A． | C3H6与C5H10 | B． | 邻二甲苯与对二甲苯 | ||
| C． | C2H6与C5H12 | D． | 溴乙烷与1，2-二溴乙烷 |