Question

【题目】消除尾气中的NO是环境科学研究的热点课题。

I．NO氧化机理

已知:2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)△H=-110kJ·mol-1;25℃时,将NO和O2按物质的量之比为2:1充入刚性反应容器中,用测压法研究其反应的进行情况。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(忽略NO2与N2O4的转化)

t/min	0	80	160
p/kpa	75.0	63.0	55.0	55.0

(1)0~80min,v(O2)=_____kPa/min;随着反应进行,反应速率逐渐减小的原因是____。用压强代替浓度所得到的平衡常数用K(p)表示,25℃时,K(p)的值为____(保留3位有效数字)。

(2)查阅资料,对于总反应2NOg)+O2(g)=2NO2(g)有如下两步历程

第一步2NO(g)====N2O2(g) 快速反应

第二步N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g) 慢反应

总反应速率主要由第______步决定;若利用分子捕获器适当减少反应容器中的N2O2,总反应的平衡常数K(p)将___(填“增大”、“减小”或“不变”);若提高反应温度至35℃,则体系压强p∞(35℃)______p∞(25℃)(填“大于”、“等于”或“小于”)。

II．NO的工业处理

(3)H2还原法:2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)；△H=a;已知在标准状况,由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的焓变叫标准摩尔生成焓。NO(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为+90kJ/mol、-280kJ/mol,则a=_____。

(4)O3-CaSO3联合处理法

NO可以先经O3氧化,再用CaSO3水悬浮液吸收生成的NO2,转化为HNO2,则悬浮液吸收NO2的化学方程式为__________;CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-对NO2的吸收速率。请用平衡移动原理解释其主要原因_________________(结合化学用语和文字)

Answer 1

【答案】0.15 反应物浓度减小，反应速率降低 3.20 二 不变 大于 -740kJ/mol CaSO3＋2NO2＋H2O=CaSO4＋2HNO3 对于反应CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸钠溶液时，硫酸根离子部分结合钙离子，使其平衡向右移动，SO32-的浓度增大，吸收NO2的速率增大。

【解析】

（1）根据三段式计算；反应物浓度减小，反应速率降低；根据平衡常数的定义书写；

（2）历程中最慢的反应步骤决定反应速率；平衡常数K(p)只受温度影响；提高反应温度决速反应步骤平衡逆向移动，体系压强增大；

（3）△H=生成物的标准摩尔生成焓之和-反应物的标准摩尔生成焓之和；

（4）NO2将CaSO3氧化，写出发生氧化还原反应的方程式。

对于反应CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸钠溶液时，硫酸根离子部分结合钙离子，使其平衡向右移动。

（1）t=0min时，P=75kpa，将NO和O2按物质的量之比为2:1充入刚性反应容器中

2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)

p始/kpa 50 25

△p/kpa 2x x 2x

p/kpa 50-2x 25-x 2x

80min时， （50-2x ）+（ 25-x）+2x=63

x=12kpa

v(O2)=12/80=0.15kPa/min；

随着反应进行,反应速率逐渐减小的原因是：反应物浓度减小，反应速率降低；

平衡时，（50-2x ）+（ 25-x）+2x=55， x=20kpa，用压强代替浓度所得到的平衡常数用K(p)表示,25℃时,K(p)的值为402/(102×5)=3.20；

（2）历程中最慢的反应步骤决定反应速率，第二步是慢反应，是决速反应；平衡常数K(p)只受温度影响，减少反应容器中的N2O2,总反应的平衡常数K(p)将不变；提高反应温度决速反应步骤N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g) 平衡逆向移动，体系压强增大，若提高反应温度至35℃,则体系压强p∞(35℃)大于p∞(25℃)；

（3）△H=生成物的标准摩尔生成焓之和-反应物的标准摩尔生成焓之和=-280kJ/mol×2-90kJ/mol×2=-740kJ/mol；

（4）NO2将CaSO3氧化，悬浮液吸收NO2的化学方程式为CaSO3＋2NO2＋H2O=CaSO4＋2HNO3；

对于反应CaSO3（s）Ca2＋(aq)＋SO32－(aq)，加入硫酸钠溶液时，硫酸根离子部分结合钙离子，使其平衡向右移动，SO32-的浓度增大，吸收NO2的速率增大。