Question

1．霧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：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1．在T₁℃時，反應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

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=0.042mol/（L•min），T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是bc （填
字母）．
a．加入一定量的活性炭                    b．通入一定量的NO
c．適當縮小容器的體積                    d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中，NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則Q＜（填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．反應原理如圖所示：

①由圖甲可知，SCR技術中的氧化劑為NO、NO₂．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1時脫氮效果最佳，
若生成1mol N₂時反應放出的熱量為Q kJ．此時對應的脫氮反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ•mol^-1
 ②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳的催化劑和相
應的溫度分別為Mn、200℃左右．
（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SO₃^2-的第二步水解，則Ksp（CaSO₃）=4.2×10^-9．

Answer 1

分析 （1）①分析圖表數(shù)據(jù)結合化學反應速率概念計算v=$\frac{△c}{△t}$，計算平衡濃度結合平衡常數(shù)概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應物的冪次方乘積得到；
②反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質(zhì)濃度增大；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，根據(jù)Qc與K的相對大小判斷平衡移動方向，逆反應方向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
（2）①得電子化合價降低的反應物是氧化劑；根據(jù)生成1mol氮氣放出QkJ熱量，則生成2mol氮氣放出2QkJ熱量；
②溫度越高，對設備的要求越高，所以如果催化劑在較低溫度下能較大程度的脫氫即可；
（3）常溫下，測得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為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，以此計算c（SO₃^2-），溶液中c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），結合K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）計算．

解答 解：（1）①分析圖表數(shù)據(jù)，0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=$\frac{1mol/L-0.58mol/L}{10min}$=0.042 mol/（L•min），
化學平衡三段式列式計算平衡濃度：
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L）        1        0        0
變化量（mol/L）       0.6       0.3      0.3
平衡量（mol/L）       0.4       0.3      0.3
K=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=$\frac{9}{16}$；
故答案為：0.042 mol/（L•min）；$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
a．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故a不符合；
b．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故b符合；
c．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質(zhì)濃度增大，符合要求，故c符合；
d．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故d不符合；
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的濃度之比為5：3：3，Q_c=$\frac{3×3}{{5}^{2}}$＜$\frac{9}{16}$，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故Q＜0，故答案為：＜；
（2）①由圖甲可知SCR技術中NH₃與NO、NO₂反應產(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，因此反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ•mol^-1；故答案為：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂ （g）+3H₂O（g）△H=-2Q kJ•mol^-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的溫度分別為Mn、200℃左右；故答案為：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（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，
故答案為：4.2×10^-9．

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)和反應速率概念計算應用，平衡標志的分析判斷，以及弱電解質(zhì)的電離與溶解平衡的計算等，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．