Question

(14分)雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5在内）、氮氧化物（NOx）、CO、SO₂等。化学在解决雾霾污染中有着重要的作用。

（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）        ΔH=－196.6 kJ·mol ^－1

2NO（g）+O₂（g）2NO₂（g）           ΔH=－113.0 kJ·mol^－1

则反应NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）    ΔH=       kJ·mol^－1。

一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1:2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有          。

a．体系密度保持不变          

b．混合气体颜色保持不变

c．SO₃和NO的体积比保持不变

d．每消耗1 mol SO₃的同时生成1 mol NO₂

测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1:5，则平衡常数K＝         。

（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。

CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是       。

（3）下图是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为H₂O和      （填化学式）。

②当消耗1 mol NH₃和0.5 molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为         L。

（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图所示，写出NO分解的化学方程式                     。

Answer

（1）－41.8（2分） b（2分） 1.8（2分）

（2）此压强下CO的转化率已较高，再增大压强转化率提高不大且会增加生产成本（2分）

（3）①N2 （2分） ②11.2 （2分） （4）3NO N2O+NO2 （2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：①2SO2（g）+O2（g）2SO3（g） ΔH=－196.6 kJ·mol －1，②2NO（g）+O2（g）2NO2（g） ΔH=－113.0 kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知（①—②）÷2即得到反应NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）的ΔH=－41.8kJ·mol－1。一定条件下，将NO2与SO2以体积比1:2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，a．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，即密度始终是不变的，则体系密度保持不变不能说明达到平衡状态，a错误；b．混合气体颜色保持不变，这说明NO2的浓度不再发生变化，因此反应达到平衡状态，b正确；c．SO3和NO均是生成物，二者的体积比始终保持1：1不变，不能说明达到平衡状态，c错误；d．根据方程式可知每消耗1 mol SO3的同时一定生成1 mol NO2，不能说明反应达到平衡状态，d错误，答案选b。

NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）

起始浓度（mol/L） 1 2 0 0

转化浓度（mol/L） x x x x

平衡浓度（mol/L）1—x 2—x x x

则（1—x）：（2—x）＝1：5

解得x＝0.75

所以平衡常数K＝。

（2）根据图像可知此压强下CO的转化率已较高，再增大压强转化率提高不大且会增加生产成本，因此实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右。

（3）①根据示意图可知该脱硝原理中，NO最终转化为H2O和N2。

②当消耗1 mol NH3和0.5 molO2时，根据电子得失守恒可知消耗NO的物质的量＝，在标准状况下的体积为0.5mol×22.4L/mol＝11.2L。

（4）根据图像可知Y和Z是生成物，且二者的物质的量相等，3molNO分解均生成1molY和Z，则根据氮原子守恒可知两种化合物应该是N2O和NO2，所以NO分解的化学方程式为3NO N2O+NO2。

考点：考查盖斯定律、平衡状态判断和平衡常数计算、外界条件对平衡状态的影响以及氧化还原反应