Question

隨著大氣污染的日趨嚴重,“節(jié)能減排”,減少全球溫室氣體排放,研究NOx、SO2、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。

(1)如圖是在101 kPa、298 K條件下1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成1 mol CO2和1 mol NO過程中能量變化示意圖。

已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+179.5 kJ/mol

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-112.3 kJ/mol

則在298 K時,反應(yīng):2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的ΔH=　　　。 

(2)將0.20 mol NO2和0.10 mol CO 充入一個容積恒定為1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),在不同條件下,反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化狀況如圖所示。

①下列說法正確的是　　　　(填序號)。 

a.容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化說明該反應(yīng)達到平衡

b.當向容器中再充入0.20 mol NO時,平衡向正反應(yīng)方向移動,K值增大

c.升高溫度后,K值減小,NO2的轉(zhuǎn)化率減小

d.向該容器內(nèi)充入He氣,反應(yīng)物的體積減小,濃度增大,所以反應(yīng)速率增大

②計算產(chǎn)物NO2在0～2 min時平均反應(yīng)速率v(NO2)=　　　　mol/(L·min)。 

③第4 min時改變的反應(yīng)條件為　　　　(填“升溫”或“降溫”)。 

④計算反應(yīng)在第6 min時的平衡常數(shù)K=　　　　。若保持溫度不變,此時再向容器中充入CO、NO各0.060 mol,平衡將　　　　移動(填“正向”、“逆向”或“不”)。 

(3)有學(xué)者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料。其負極的反應(yīng)式為 ，當有0.25 mol SO2被吸收,則通過質(zhì)子(H+)交換膜的H+的物質(zhì)的量為　　　　 。

(4)CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應(yīng),CaCO3是一種難溶物質(zhì),其Ksp=2.8×10-9。現(xiàn)將2×10-4 mol/L的Na2CO3溶液與一定濃度的CaCl2溶液等體積混合生成沉淀,計算應(yīng)加入CaCl2溶液的最小濃度為　　　　。

 

Answer 1

(1)-759.8 kJ/mol

(2)①c　②0.015　③升溫　④　逆向

(3)SO2+2H2O-2e-S+4H+　0.5 mol

(4)5.6×10-5 mol/L

【解析】(1)根據(jù)圖像可得反應(yīng)①NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)　

ΔH=-234 kJ/mol,再結(jié)合反應(yīng)②N2(g)+O2(g)2NO(g)　

ΔH=+179.5 kJ/mol、③2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-112.3 kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律,將上述反應(yīng)①×2+③-②即得2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2 (g)　ΔH=-759.8 kJ/mol。

(2)①根據(jù)反應(yīng)NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2 (g),由于該反應(yīng)為前后氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)之和相等的反應(yīng),所以壓強始終不變,因此壓強不變不能說明達到平衡;K只與溫度有關(guān),溫度不變,K不變;由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以升高溫度平衡逆向移動,NO2的轉(zhuǎn)化率減小,K減小;加入惰性氣體,體積不變,反應(yīng)物的濃度不變,反應(yīng)速率不變;②0～2 min時,先求v(NO)=0.03mol/L÷2 min=0.015 mol/(L·min),再根據(jù)速率之比等于方程式中各物質(zhì)的系數(shù)之比,求出v(NO2);③第4 min時,改變條件平衡逆向移動,因該反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以改變的條件為升高溫度; ④在第6 min時,反應(yīng)達到平衡,各平衡濃度分別為:c(NO2)=0.18 mol/L、 c(CO)=0.08 mol/L 、c(NO)=0.02 mol/L、c(CO2)=0.02 mol/L,將各物質(zhì)的濃度帶入K的表達式,即可求得K=1/36,再充入CO和NO時,計算出此時的c(NO)=0.08 mol/L、c(CO)=0.14 mol/L,則Qc=,Qc＞K,因此平衡逆向移動。

(3)根據(jù)原電池原理,SO2失去電子生成S;0.25 mol SO2轉(zhuǎn)移0.5 mol電子,故通過離子交換膜的H+為0.5 mol。

(4)根據(jù)Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(C)=2.8×10-9,注意等體積混合后,體積加倍,而濃度減半,此時的c(C)=1×10-4mol/L,故求得此時沉淀需要的最低Ca2+濃度為2.8×10-5mol/L,則原來c(Ca2+)=5.6×10-5mol/L。