Question

随着大气污染的日趋严重,“节能减排”,减少全球温室气体排放,研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

(1)如图是在101 kPa、298 K条件下1 mol NO2和1 mol CO反应生成1 mol CO2和1 mol NO过程中能量变化示意图。

已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+179.5 kJ/mol

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-112.3 kJ/mol

则在298 K时,反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的ΔH=　　　。 

(2)将0.20 mol NO2和0.10 mol CO 充入一个容积恒定为1 L的密闭容器中发生反应,在不同条件下,反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。

①下列说法正确的是　　　　(填序号)。 

a.容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡

b.当向容器中再充入0.20 mol NO时,平衡向正反应方向移动,K值增大

c.升高温度后,K值减小,NO2的转化率减小

d.向该容器内充入He气,反应物的体积减小,浓度增大,所以反应速率增大

②计算产物NO2在0～2 min时平均反应速率v(NO2)=　　　　mol/(L·min)。 

③第4 min时改变的反应条件为　　　　(填“升温”或“降温”)。 

④计算反应在第6 min时的平衡常数K=　　　　。若保持温度不变,此时再向容器中充入CO、NO各0.060 mol,平衡将　　　　移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。 

(3)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。其负极的反应式为 ，当有0.25 mol SO2被吸收,则通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为　　　　 。

(4)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,CaCO3是一种难溶物质,其Ksp=2.8×10-9。现将2×10-4 mol/L的Na2CO3溶液与一定浓度的CaCl2溶液等体积混合生成沉淀,计算应加入CaCl2溶液的最小浓度为　　　　。

 

Answer 1

(1)-759.8 kJ/mol

(2)①c　②0.015　③升温　④　逆向

(3)SO2+2H2O-2e-S+4H+　0.5 mol

(4)5.6×10-5 mol/L

【解析】(1)根据图像可得反应①NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)　

ΔH=-234 kJ/mol,再结合反应②N2(g)+O2(g)2NO(g)　

ΔH=+179.5 kJ/mol、③2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-112.3 kJ/mol,根据盖斯定律,将上述反应①×2+③-②即得2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2 (g)　ΔH=-759.8 kJ/mol。

(2)①根据反应NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2 (g),由于该反应为前后气态物质系数之和相等的反应,所以压强始终不变,因此压强不变不能说明达到平衡;K只与温度有关,温度不变,K不变;由于该反应为放热反应,所以升高温度平衡逆向移动,NO2的转化率减小,K减小;加入惰性气体,体积不变,反应物的浓度不变,反应速率不变;②0～2 min时,先求v(NO)=0.03mol/L÷2 min=0.015 mol/(L·min),再根据速率之比等于方程式中各物质的系数之比,求出v(NO2);③第4 min时,改变条件平衡逆向移动,因该反应为放热反应,所以改变的条件为升高温度; ④在第6 min时,反应达到平衡,各平衡浓度分别为:c(NO2)=0.18 mol/L、 c(CO)=0.08 mol/L 、c(NO)=0.02 mol/L、c(CO2)=0.02 mol/L,将各物质的浓度带入K的表达式,即可求得K=1/36,再充入CO和NO时,计算出此时的c(NO)=0.08 mol/L、c(CO)=0.14 mol/L,则Qc=,Qc＞K,因此平衡逆向移动。

(3)根据原电池原理,SO2失去电子生成S;0.25 mol SO2转移0.5 mol电子,故通过离子交换膜的H+为0.5 mol。

(4)根据Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(C)=2.8×10-9,注意等体积混合后,体积加倍,而浓度减半,此时的c(C)=1×10-4mol/L,故求得此时沉淀需要的最低Ca2+浓度为2.8×10-5mol/L,则原来c(Ca2+)=5.6×10-5mol/L。