Question

1．雾霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一．消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法．
（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1．在T₁℃时，反应进行到不同时间测得
各物质的浓度如下：

时间（min） 浓度（mol•L-1）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=0.042mol/（L•min），T₁℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据表中的数据判断改变的条件可能是bc （填
字母）．
a．加入一定量的活性炭                    b．通入一定量的NO
c．适当缩小容器的体积                    d．加入合适的催化剂
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中，NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则Q＜（填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．反应原理如图所示：

①由图甲可知，SCR技术中的氧化剂为NO、NO₂．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1时脱氮效果最佳，
若生成1mol N₂时反应放出的热量为Q kJ．此时对应的脱氮反应的热化学方程式为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ•mol^-1
 ②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳的催化剂和相
应的温度分别为Mn、200℃左右．
（3）汽车尾气中的SO₂可用石灰水来吸收，生成亚硫酸钙浊液．已知常温下Ka₁（H₂SO₃）=1.8×10^-2，Ka₂（H₂SO₃）=6.0×10^-9．常温下，测得某纯CaSO₃与水形成的浊液pH=9，忽略SO₃^2-的第二步水解，则Ksp（CaSO₃）=4.2×10^-9．

Answer 1

分析 （1）①分析图表数据结合化学反应速率概念计算v=$\frac{△c}{△t}$，计算平衡浓度结合平衡常数概念是生成物浓度的幂次方乘积除以反应物的幂次方乘积得到；
②反应前后是气体体积不变的反应，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大，说明改变的条件是缩小体积增大浓度，或加入一氧化氮达到新平衡后个物质浓度增大；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，根据Qc与K的相对大小判断平衡移动方向，逆反应方向是吸热反应，正反应为放热反应；
（2）①得电子化合价降低的反应物是氧化剂；根据生成1mol氮气放出QkJ热量，则生成2mol氮气放出2QkJ热量；
②温度越高，对设备的要求越高，所以如果催化剂在较低温度下能较大程度的脱氢即可；
（3）常温下，测得某纯CaSO₃与水形成的浊液pH为9，由可知CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），且SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解Kh=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，以此计算c（SO₃^2-），溶液中c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），结合K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）计算．

解答 解：（1）①分析图表数据，0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=$\frac{1mol/L-0.58mol/L}{10min}$=0.042 mol/（L•min），
化学平衡三段式列式计算平衡浓度：
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L）        1        0        0
变化量（mol/L）       0.6       0.3      0.3
平衡量（mol/L）       0.4       0.3      0.3
K=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=$\frac{9}{16}$；
故答案为：0.042 mol/（L•min）；$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；
a．加入一定量的活性炭是固体，对平衡无影响，故a不符合；
b．通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故b符合；
c．适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不动，但个物质浓度增大，符合要求，故c符合；
d．加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故d不符合；
故答案为：bc；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，Q_c=$\frac{3×3}{{5}^{2}}$＜$\frac{9}{16}$，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，故Q＜0，故答案为：＜；
（2）①由图甲可知SCR技术中NH₃与NO、NO₂反应产物为N₂和水，故氧化剂为NO、NO₂；脱氮效果最佳时c（NO₂）：c（NO）=1：1，因此反应的热化学方程式为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ•mol^-1；故答案为：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ•mol^-1；
②根据图乙知Mn催化剂时，在200℃左右脱氮率最高，Cr作催化剂，500℃左右脱氮率最高，但二者的最高脱氮率差不多，使用Mn作催化剂需要的温度低，更经济，因此使用的最佳的催化剂和相应的温度分别为Mn、200℃左右；故答案为：Mn、200℃左右；
（3）由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解K_h=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，
常温下，测得某纯CaSO₃与水形成的浊液pH为9，c（HSO₃^-）=c（OH^-）=1×10^-5，
可知c（SO₃^2-）=$\frac{（1×1{0}^{-5}）^{2}}{1.67×1{0}^{-4}}$=6×10^-5，
又c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）=7×10^-5，
K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）=7×10^-5×6×10^-5=4.2×10^-9，
故答案为：4.2×10^-9．

点评 本题考查了化学平衡常数和反应速率概念计算应用，平衡标志的分析判断，以及弱电解质的电离与溶解平衡的计算等，掌握基础是关键，题目难度中等．