Question

【题目】燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等。

已知：25 ℃时，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5；H2SO3:Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7

（1）处理烟气中的SO2常用液吸法。室温条件下，将烟气通入浓氨水中得到(NH4)2SO3溶液，0.1mol/L(NH4)2SO3溶液的pH____(填“>”“<”或“=”)7。将烟气通入 (NH4)2SO3溶液可以继续吸收SO2 ，用离子方程式表示出能吸收二氧化硫的原因_________。

（2）用活性炭可以还原处理氮氧化物，有关反应为C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)。在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 _______(填选项编号)。

A．单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g)

B．混合气体的密度不再发生改变

C．反应体系的压强不再发生改变

D．混合气体的平均相对分子质量不再改变

（3）有科学家经过研究发现，用CO2和H2在210~290℃，催化剂条件下可转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。

①230℃，向容器中投入0.5molCO2和1.5molH2，当转化率达80％时放出热量19.6kJ能量，写出该反应的热化学方程式_______________________________________。

②一定条件下,往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0molH2，在不同催化剂作用下,相同时间内CO2的转化率随温度变化如图1所示：

催化剂效果最佳的是催化剂 ______ (填“I”,“Ⅱ”,“Ⅲ”)。b点v(正)___v(逆) (填“>” ,“< ”,“=”)。此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是_______。已知容器内的起始压强为100kPa，则图中c点对应温度下反应的平衡常数Kp=________。(保留两位有效数字) (Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。

（4）一定条件下，CO2和H2也可以发生反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH＜0，一定温度下，在3 L容积可变的密闭容器中，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图2所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ或曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是____。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是________。

Answer 1

【答案】> SO32-+ SO2+ H2O= 2HSO3- BD CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H= - 49kJ/mol 催化剂I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 8.3×10-4或1/1200kPa-2 加入催化剂 将容器快速压缩至2L

【解析】

(1)(NH4)2SO3溶液中存在NH4+和SO32-的水解，结合NH3·H2O和H2SO3:Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7分析水解能力的大小，判断溶液的酸碱性； (NH4)2SO3溶液吸收SO2 生成NH4HSO3，据此写出发生反应的离子方程式；(2)恒容条件下，反应达到平衡的标志依据“变量不变”方法判断，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；

(3)①根据图1可知0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，然后按比例计算：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的△H得出该反应的热化学方程式；②由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，故催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ；T3的b点时，反应未达到限度，故v(正)＞v(逆)；该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。故T4的a点转化率比T5的c点高；

c点时时，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol)：1 30 0

转化(mol)：0.6 1.8 0.6 0.6

平衡(mol)：0.41.2 0.60.6

代入平衡常数表达式计算；

(4)图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变。

(1)已知NH3·H2O的电能平衡常数大于H2SO3的Ka2，则在(NH4)2SO3溶液中NH4+的水解能力小于SO32-的水解程度，可知溶液显碱性，即pH>7； (NH4)2SO3溶液吸收SO2 生成NH4HSO3，发生反应的离子方程式为SO32-+ SO2+ H2O= 2HSO3-；(2)在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是正逆反应速率相同，个组分含量不变，C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)；A．单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)，说明反应逆向进行，不能说明反应达到平衡状态，故A不符合；B．碳是固体．当平衡发生移动，气体质量会发生变化，容器体积不变，所以混合气体的密度不再发生改变可以说明反应达到平衡状态，故B符合；C．反应前后气体总物质的量不变，反应体系的压强始终不发生改变，不能判定平衡，故C不选；D．C为固体，混合气体的平均相对分子质量保持不变，可知气体的质量不变，为平衡状态，故D选；故答案为BD；(3)①已知0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-×2=-49kJmol-1；②由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ，T3的b点时，反应未到限度，故v(正)＞v(逆)；该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。T4的a点转化率比T5的c点高，c点时：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol)：1 30 0

转化(mol)：0.6 1.8 0.6 0.6

平衡(mol)：0.41.2 0.60.6

在恒容恒温条件下，气体的压强与气体的物质的量成正比，则平衡时总压强P总=100kPa×=70 kPa，该反应的平衡常数Kp==8.3×10-4 kPa-2；(4)图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L满足条件。