Question

【题目】臭氧(O3)主要分布在大气层的平流层中，能够吸收紫外线，被称为地球的保护伞。回答下列问题：

(1)NOx对臭氧层的破坏作用极大，已知：①NO+O3=NO2+O2 K1；NO2+O2=NO+O3； K2；③O2+O=O3 K3，反应2O3=3O2的平衡常数K=_______ (用K1、K2、K3表示)，写出一种保护臭氧层的措施:__________。

(2)用臭氧氧化烟气中的SO2的主要反应为SO2(g)+O3(g)=SO3(g)+O2(g) △H，已知①2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) △H1=-198kJ/mol，②2O3(g)=3O2(g) △H2=+284.2kJ/mol

①上述反应中△H= ____kJmol-1。

②一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中加入2molO3和2molSO2发生上述反应，5min后达到平衡，测得容器中含有0.4molL-1SO3，此时SO2的转化率为_______，欲提高O3的利用率可采取的措施有_______(填字母)。

a.适当增大压强 b.升高温度 c.使用优质催化剂 d.及时分离出SO3

(3)工业上用CaSO3悬浊液吸收上述转化生成的SO3可制备石膏。已知：298K时Ksp(CaSO4)=9.0×10－6，Ksp(CaSO3)=1.5×10－7，向1LCaSO3悬浊液中加入Na2SO4，若有0.1molCaSO3参与反应，则需加入_______molNa2SO4。

，

(4)工业上可采用惰性电极电极电解稀硫酸的方法制备O3，反应装置如上图所示，电源的a极为_____极，通入O2的电极反应式为_______。

Answer 1

【答案】 减少氮氧化物的排放或减少氟氯烃的使用等 -241.1 40% d 6.1 负极 O2＋4e－＋4H＋=2H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律，可知反应①＋②－③可得目标反应2O3=3O2，则化学方程式相加减，化学平衡向乘数，2O3=3O2的平衡常数；O3在NOx的作用下会发生分解生成氧气，保护臭氧层，可以减少NOx的排放，或者减少氟氯烃的使用等；

(1)①根据盖斯定律，(反应①－反应②)可得目标反应SO2(g)+O3(g)=SO3(g)+O2(g)，则△H=(－198－284.2)kJ·mol－1=－241.1kJ·mol－1；

②达到平衡后，容器中SO3的浓度为0.4mol·L－1，则生成SO3的物质的量n=0.4mol·L－1×2L=0.8mol，根据化学方程式，生成0.8molSO3需要消耗0.8molSO2，则SO2的转化率；

欲提高O3的利用率，a．适当增大压强，该反应是反应前后气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，O3的利用率不变，a不符合题意；b．升高温度，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，O3的转化率降低，b不符合题意；c．使用优质催化剂，催化剂可以加快化学反应速率，但是不影响平衡移动，O3的利用率不变，c不符合题意；d．及时分离SO3，促进平衡正向移动，O3的利用率增大，d符合题意；答案选d；

(3)根据题意，CaSO3悬浊液中加入Na2SO4，发生反应，CaSO3(s)＋SO42－(aq)=CaSO4(s)＋SO32－(aq)，该反应的平衡常数，0.1molCaSO3参与反应，生成CaSO4的物质的量为0.1mol，则沉淀消耗Na2SO4的物质的量为0.1mol；溶液中含有的SO32－的物质的量为0.1mol，其物质的量浓度，根据平衡常数可知，，则溶液中的c(SO42－)=6mol·L－1。为了维持溶液中的c(SO42－)=6mol·L－1，需要消耗Na2SO4的物质的量n=6mol·L－1×1L=6mol，则总共消耗Na2SO4的物质的量为0.1mol＋6mol=6.1mol；

(4)根据图示，利用电解法制取O3，H＋由右侧经质子交换膜向左侧移动；在电解池中，阳离子向阴极移动，则左侧为阴极区，a为电源的负极。在酸性电解质溶液中，O2得到电子生成H2O，则电解方程式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O。