Question

【题目】消除氮氧化物、二氧化硫等物质造成的污染是目前研究的重要课题。

(1)工业上常用活性炭还原一氧化氮，其反应为：2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)。向容积均为l L的甲、乙、丙三个恒容恒温容器中分别加入足量的活性炭和一定量的NO，测得各容器中n(NO)随反应时间t的变化情况如下表所示：

		0min	40min	80min	120min	160min
甲	T℃	2mol	1.45 mol	1 mol	1 mol	1 mol
乙	400℃	2 mol	1.5 mol	1.1 mol	0.8 mol	0.8 mol
丙	400℃	1 mol	0.8 mol	0.65 mol	0.53 mol	0.45 mol

甲容器反应温度T℃______400℃(填“>”“<”或“=”)；乙容器中，0~40min内平均反应速率v(CO2)=_____________________；丙容器中达平衡后NO的物质的量为_________mol。

(2)活性炭还原NO2的反应为：2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，在恒温条件下，l mol NO2和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：

①A、B、C三点中NO2的转化率最高的是_________点(填“A”或“B”或“C”)。

②计算C点时该反应的压强平衡常数KP=_______MPa(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

(3)燃煤烟气脱硫常用如下方法。

方法①：用生物质热解气(主要成分CO、CH4、H2)将SO2在高温下还原成单质硫。涉及的部分反应如下：

2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1

则H2(g)还原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的热化学方程式为：_____________________。

Answer 1

【答案】> 6.25×103mol·L1·min1 0.4 A 4 2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=+90.4 kJ·mol-1

【解析】

（1）对比甲和乙，甲和乙初始时的组分的量相同，根据表中数据，在相同时间内，甲中反应物消耗的比乙多，则甲的反应速率更快，温度越高，化学反应速率越大；根据化学反应平均速率计算公式计算NO的化学反应平均速率，由化学反应速率之比等于化学计量数之比计算CO2的平均反应速率；根据等效平衡判断丙中NO的物质的量；
（2）①反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，随着反应的进行，气体分子数增加，体系总压强增大，压强增大，平衡向逆反应方向移动；
②根据图象，c点时体系总压为20MPa，此时平衡体系中c(CO2)=c(NO2)，列出反应的三段式计算NO2、N2、CO2分压，进而反应的平衡常数Kp；
（3）H2(g)还原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的化学方程式为：2H2(g)+SO2(g)═S(g)+2H2O(g)，该反应可由已知的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的焓变。

（1）对比甲和乙，甲和乙初始时的组分的量相同，根据表中数据，在相同时间内，甲中反应物消耗的比乙多，则甲的反应速率更快，温度越高，化学反应速率越大，则甲容器反应温度T℃>400℃；根据乙容器的数据，040min内，反应经历的时间△t=40min，NO的物质的量改变量为△n(NO)=2mol1.5mol=0.5mol，容器体积为V=1L，则NO的平均速率为，由化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，则040min内平均反应速率；

根据反应方程式：2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)，可知这是一个反应前后气体物质的量不变的反应，压强不对化学平衡产生影响，乙和丙两容器的容积、温度均相同，起始时乙容器中的NO的量是丙容器中的两倍，相当于乙容器是加压的，化学平衡不移动，则平衡时，两个容器中NO的转化率是一样的，这就是等效平衡的思想，乙中平衡时，n(NO)=0.8mol，自然丙平衡时n(NO)必然为0.4mol，

故答案为：>；6.25×103mol·L1·min1；0.4；

（2）①反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，随着反应的进行，气体分子数增加，体系总压强增大，压强增大，平衡向逆反应方向移动，所以总的来说，高压强对应低的NO2转化率，所以A、B、C三点中NO2的转化率最高的是A点；

故答案为：A；

②根据图象，c点时体系总压为20MPa，此时平衡体系中c(CO2)=c(NO2)，反应的三段式为

2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始量 1 0 0

变化量 2x x 2x

平衡量 1-2x x 2x

平衡体系中c(CO2)=c(NO2)，则12x=2x，x=0.25，NO2、N2、CO2分压分别为，同理，p(N2)=4Mpa，p(CO2)=8Mpa，则该反应的平衡常数为；

故答案为：4；

（3）已知：①2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H1=8.0 kJ·mol-1；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=－566.0kJ·mol-1；

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.6 1kJ·mol-1；

则H2(g)还原SO2(g)生成S(g)和H2O(g)的化学方程式为：2H2(g)+SO2(g)═S(g)+2H2O(g)，该反应可由①②+③得到，根据盖斯定律，则该反应的焓变为△H=△H1△H2+△H3=8.0 kJ/mol (566.0) kJ/mol +(483.6) kJ/mol =90.4kJ/mol；

故答案为：2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) △H=+90.4 kJ·mol-1。