Question

【題目】霾天氣嚴重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。

（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=Q kJ·mol-1。在T1℃時，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

時間(min) 濃度（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

①0～10 min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v(NO)=_______________________，T1℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。

②30 min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是_______(填字母)。

a．升高溫度 b．通入一定量的NO

c．適當縮小容器的體積 d．加入合適的催化劑

③若30 min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中，NO、N2、CO2的濃度之比為5：3：3，則Q__________(填“>”、“=”或“<”)0。

（2）NH3催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)原理如圖所示：

①由圖甲可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為_______________。已知c(NO2)：c(NO)=1:1時脫氮效果最佳， 若生成1 mol N2時反應(yīng)放出的熱量為Q kJ。此時對應(yīng)的脫氮反應(yīng)的熱化學方程式為__________________________

②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳的催化劑和相應(yīng)溫度分別為___________________________。

（3）汽車尾氣中的SO2可用石灰水來吸收，生成亞硫酸鈣濁液。已知常溫下Ka1（H2SO3）=1.8×10－2 ， Ka2（H2SO3）=6.0×10－9。常溫下，測得某純CaSO3與水形成的濁液pH=9，忽略SO32－的第二步水解，則Ksp（CaSO3）=____________。

Answer 1

【答案】 0.042 mol·L-1·min-1 9/16 bc ＜ NO、NO2 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) ===2N2 (g)+ 3H2O(g) △H = -2Q kJ·mol-1 Mn、200℃左右均可（說明：Cr和Mn最大脫氮率相差不大，但是Cr需要的溫度高，為使效益最大化，因此使用Mn更經(jīng)濟）； 4.2×10－9

【解析】（1）①0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v（NO）==0.042molL-1min-1；C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），平衡濃度c（N2）=0.3mol/L；c（CO2）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反應(yīng)的平衡常數(shù)K==；

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K=，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；a．升高溫度，平衡常數(shù)改變，平衡移動，故a錯誤；b．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故b正確；c．適當縮小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故c正確；d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應(yīng)速率，不改變化學平衡，故d錯誤；故答案為bc；
③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，說明逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故選＜；

（2）①由圖甲可知SCR技術(shù)中NH3與NO、NO2反應(yīng)產(chǎn)物為N2和水，故氧化劑為NO、NO2；脫氮效果最佳時c（NO2）：c（NO）=1：1，因此反應(yīng)的熱化學方程式為2NH3（g）+NO（g）+NO2（g）=2N2（g）+3H2O（g）△H=-2QkJmol-1；

②根據(jù)圖乙知Mn催化劑時，在200℃左右脫氮率最高，Cr作催化劑，500℃左右脫氮率最高，但二者的最高脫氮率差不多，使用Mn作催化劑需要的溫度低，更經(jīng)濟，因此使用的最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為Mn、200℃左右；

（3）由Ka2（H2SO3）=6.0×10-9可知SO32-+H2OHSO3-+OH-的水解Kh==1.67×10-4，常溫下，測得某純CaSO3與水形成的濁液pH為9，c（HSO3-）=c（OH-）=1×10-5，可知c（SO32-）==6×10-5，又c（Ca2+）=c（SO32-）+c（HSO3-）=7×10-5，Ksp（CaSO3）=c（Ca2+）×c（SO32-）=7×10-5×6×10-5=4.2×10-9。