Question

12．烟气的主要污染物是SO₂、NOx，经臭氧预处理后再用适当溶液吸收，可减少烟气中SO₂、NOx的含量．O₃氧化烟气中SO₂、NOx的主要反应的热化学方程式为：
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）反应3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=-317.3 kJ•mol^-1．
（2）臭氧脱硝反应2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）能自发进行．在温度为T₁K时，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol O₃和2mol NO₂，发生上述反应，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N₂O₅（g）的浓度为0.25mol•L^-1．
①判断该反应的△S＜0，△H＜0（填＞、＜或=）．
②在温度为T₁K时该反应的平衡常数K=1．
③下列说法正确的是CD．
A．从反应开始到达平衡，NO₂的平均反应速率v（NO₂）=0.04mol•L^-1•min^-1
B．T₁K时，若起始时向容器中充入1mol O₃、2mol NO₂、1mol O₂和1mol N₂O₅气体，则反应达到平衡前v（正）＜v（逆）
C．若改变反应温度为T₂K，测得平衡时NO₂的浓度为0.60mol•L^-1，则T₂＞T₁
D． T₁K时反应达平衡时容器的体积为2L，若维持T₁K压缩容器使NO₂转化率为60%，则此时容器的体积约为0.71L
④若维持其他条件不变，仅改变温度为T₂K时，经15分钟反应达平衡，测得平衡时N₂O₅（g）的浓度为0.20mol•L^-1．画出在T₂K下从0到25分钟c（NO₂）随时间变化图．

Answer 1

分析 （1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由盖斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），△H进行相应的计算；
（2）①反应能自发进行，说明△H-T△S＜0，正反应为气体物质的量减小的反应，混乱度减小，即该反应的△S＜0；
 ②先计算平衡时各物质浓度，再代入K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$计算平衡常数；
③A．NO₂的平均反应速率v（NO₂）=$\frac{△v（N{O}_{2}）}{△t}$；
B．计算此时的浓度商Qc，与平衡常数K比较判断反应进行方向，进而判断反应达到平衡前v（正）、v（逆）相对大小；
C．根据NO₂的浓度变化判断改变温度平衡移动方向，而升高温度平衡向吸热反应方向移动、降低温度平衡向放热反应方向移动；
D．根据二氧化氮的转化率计算平衡时各组分物质的量，再结合平衡常数计算容器体积；
④二氧化氮的起始浓度不变为1mol/L，根据平衡时N₂O₅（g）的浓度可以计算15min平衡时二氧化氮的浓度，据此作图．

解答 解：（1）①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
②NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
由盖斯定律，①+2×②可得：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），则△H=（-200.9kJ•mol^-1）+2（-58.2kJ•mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案为：-317.3；
（2）①反应2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）正反应为气体物质的量减小的反应，混乱度减小，即该反应的△S＜0；
由于反应2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）能自发进行，说明△H-T△S＜0，则该反应的△H＜0，
故答案为：＜；＜；
②向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol
O₃的起始浓度为：$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，NO₂的起始浓度为：$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，经25分钟反应达平衡，测得平衡时N₂O₅（g）的浓度为0.25mol•L^-1，则：
                           2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始浓度（mol/L）：1             0.5            0              0
变化浓度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
平衡浓度（mol/L）：0.5           0.25          0.25         0.25
则平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{5}×0.25}$=1，
故答案为：1；
③A．NO₂的平均反应速率v（NO₂）=$\frac{0.5mol/L}{25min}$=0.02mol•L^-1•min^-1，故A错误；
B．此时的浓度商Qc=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{5}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）•c（{O}_{3}）}$=$\frac{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×\frac{1}{2}}$=0.5＜K=1，反应向正反应进行建立平衡，故反应达到平衡前v（正）＞v（逆），故B错误；
C．T₂K平衡时NO₂的浓度为0.60mol•L^-1，大于T₁K平衡时NO₂的浓度（0.50mol•L^-1），说明改变温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，则温度T₂＞T₁，故C正确；
D．维持T₁K压缩容器使NO₂转化率为60%，故NO₂的物质的量变化为2mol×60%=1.2mol，则：
                      2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）
起始量（mol）：2               1             0               0
变化量（mol）：1.2            0.6           0.6            0.6
平衡量（mol）：0.8            0.4           0.6            0.6
设容器的体积为VL，则$\frac{\frac{0.6}{V}×\frac{0.6}{V}}{（{\frac{0.8}{V}）}^{2}×\frac{0.4}{V}}$=1，解得：V=0.71，故D正确；
故答案为：CD；
④二氧化氮的起始浓度不变为1mol/L，15min平衡时二氧化氮的浓度为1mol/L-2×0.2mol/L=0.6mol/L，则T₂K下从0到25分钟c（NO₂）随时间变化图为：，
故答案为：．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学平衡常数的计算、化学平衡及其影响、盖斯定律的应用等知识，明确化学平衡常数的表达式、盖斯定律的内容为解答关键，注意掌握化学平衡及其影响，试题培养了学生的灵活应用能力．