Question

【题目】氮、硫及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。回答下列问题：

（1）有人设想利用CO还原SO2。已知S和CO的燃烧热分别是296.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，请写出CO还原SO2的生成CO2和S(s)热化学方程式________________。

（2）某科研小组研究臭氧氧化碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺，氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下：

反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

已知该体系中臭氧发生分解反应：2O3(g)3O2(g)。请回答：其它条件不变，每次向容积为2 L的反应器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模拟烟气和4.0 mol O3，改变温度，反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示：

①由图1可知相同温度下NO的转化率远高于SO2，结合题中数据分析其可能原因_____________________________________________________________________________。

②下列说法正确的是________。

A．Q点一定为平衡状态点

B．其它条件不变，若扩大反应器的容积可提高NO和SO2的转化率

C．温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零

D．臭氧氧化过程不能有效地脱除SO2，但后续步骤碱吸收可以有效脱硫

③假设100℃时P、Q均为平衡点，此时反应时间为5min，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，则体系中剩余O3的物质的量是___________；SO2的平均反应速率为________；反应Ⅰ在此时的平衡常数为_______________。

Answer 1

【答案】2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s) ΔH＝－270 kJ·mol1 反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应 CD 1.4 mol 0.06mol/(L·min) 8

【解析】

（1）燃烧热是指101kPa，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，写热化学方程式，根据盖斯定律计算得到CO还原SO2的生成CO2和S（s）热化学方程式；

（2）①反应活化能越小反应越容易进行；

②A．图象为反应相同时间t后的转化率，反应经历时间t后，并不一定达到化学平衡；

B．其它条件不变，若扩大反应器的容积，相当于对反应减压，考虑到O3的分解反应，利于臭氧分解为O2，O3浓度减小，不利于反应正向进行；

C．根据图象，温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零；

D．脱除SO2过程反应不易进行，转化率较低，后续步骤碱吸收可以有效脱硫；

③其它条件不变，每次向容积为2L的反应器中充入含2.0mol NO、2.0mol SO2的模拟烟气和4.0mol O3，反应Ⅰ中NO转化率为80%，反应的NO为1.6mol，反应的O3为1.6mol；反应Ⅱ中SO2的转化率30%，反应的二氧化硫0.6mol，反应的O3为0.6mol；2O3（g）3O2（g），发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，为0.4mol，则体系中剩余O3的物质的量=4.0mol－1.6mol-0.6mol-0.4mol=1.4mol；

SO2的平均反应速率由公式：反应速率=△c/△t计算。

平衡状态下O2物质的量=1.6mol+0.6mol+0.6mol=2.8mol，O3物质的量1.4mol，NO剩余物质的量=2mol-1.6mol=0.4mol，过程中生成NO2物质的量1.6mol，据此计算平衡常数。

（1）已知S和CO的燃烧热分别是296.0 kJ·mol1 、283.0 kJ·mol1，热化学方程式为：

①S（s）+O2（g）═SO2（g）△H1=-296.0kJ·mol－1

②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H2=-283.0kJ·mol－1

盖斯定律计算②×2-①得到：2CO（g）+SO2（g）=2CO2（g）+S（s）△H=-270 kJ·mol－1；

（2）①反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应，相同温度下NO的转化率远高于SO2的原因是：反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应；

②A．图象为反应相同时间t后的转化率，反应经历时间t后，并不一定达到化学平衡，所以Q点不一定为平衡点，故A错误；

B．其它条件不变，若扩大反应器的容积，相当于对反应减压，考虑到O3的分解反应，利于臭氧分解为O2，O3浓度减小，不利于反应正向进行，所以不能提高NO和SO2的转化率，故B错误；

C．根据图象，温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零，故C正确；

D．脱除SO2过程反应不易进行，转化率较低，后续步骤碱吸收可以有效脱硫，故D正确，

故答案为：CD；

③其它条件不变，每次向容积为2L的反应器中充入含2.0mol NO、2.0mol SO2的模拟烟气和4.0mol O3，反应Ⅰ：NO（g）+O3（g）NO2（g）+O2（g）△H1=-200.9kJ·mol－1 Ea1=3.2kJ·mol－1，反应中NO转化率为80%，反应的NO为1.6mol，反应的O3为1.6mol；反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1，反应中SO2的转化率30%，反应的二氧化硫0.6mol，反应的O3为0.6mol；2O3（g）3O2（g），发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，为0.4mol，则体系中剩余O3的物质的量=4.0mol－1.6mol-0.6mol-0.4mol=1.4ol，

SO2的平均反应速率=△c/△t=0.6mol/（2L×5min）=0.06mol/（L·min），

平衡状态下O2物质的量=1.6mol+0.6mol+0.6mol=2.8mol，O3物质的量1.4mol，NO剩余物质的量=2mol-1.6mol=0.4mol，过程中生成NO2物质的量1.6mol，据此计算平衡常数，NO（g）+O3（g ）NO2（g）+O2（g），平衡常数K= =8。