Question

9．近日，雾霾又上了度娘热搜榜．其主要成分包括灰尘、SO₂、NO_x、有机碳氢化合物等粒子．烟气脱硝是治理雾霾的方法之一．
（1）氨气是常见的烟气脱硝剂之一，其脱硝原理是与NO（g）反应生成空气中存在的两种无毒物质．
①写出该反应的化学反应方程式：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O．
②已知：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1.105℃时，则上述脱硝反应的△H=-1811.63kJ•mol^-1，该反应能（填“能”“否”或“不能确定”）自发进行，
③上述脱硝反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为3：2．每生成1mol还原产物，则反应中转移电子数为4mol．
（2）臭氧也是理想的烟气脱硝剂，其脱硝的反应之一为2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g），不同温度下，在两个恒容容器中发生上述反应，相关信息如表及如图所示，回答下列问题：

容器	甲	乙
容积/L	1	1
温度/K	T1	T2
起始充入量	lmolO32mol NO2	lmolO3 2mol NO2

①0～10min内甲容器中反应的平均速率：v（O₃）=mol•L^-1•min^-1．
②T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），T₁时，该反应的平衡常数为0.5L•mol^-1．
③下列措施能提高容器乙中NO₂转化率的是D （填序号）．
A．向容器中充入He，增大容器的压强  B．升高容器的温度
C．向容器中再充人一定量的NO₂D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂
④T₁时，若起始时向容器甲中充入2mo1NO₂、lmolO₃、2mollN₂O₅和2molO₂，则脱硝反应达到平衡前，
v_（正）＜v_（逆）   （填“＞”“＜”“=”）．

Answer 1

分析 （1）①氨气是常见的烟气脱硝剂之一，其脱硝原理是与NO（g）反应生成空气中存在的两种无毒物质为氮气和水；
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1.105℃时，结合热化学方程式和盖斯定律计算上述脱硝反应的△H，反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0；
③反应中氧化剂NO，还原剂为NH₃的物质的量之比结合化学方程式电离关系计算，每生成3mol还原产物电子转移12e^-；
（2）①图象分析可知，N₂O₅（g）生成浓度0.2mol/L，则消耗O₃浓度0.2mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₃）；
②由图象分析，先拐先平数值大，则乙的温度较高，T₁＜T₂，温度越高N₂O₅（g）浓度越小，说明反应逆向移动，正反应是放热反应；
③A．恒容容器中，向容器中充入He，增大容器的总压强，分压不变，平衡不变；
B．反应为放热反应，升高容器的温度，平衡逆向进行；
C．两种反应物增加一种会提高另一种物质转化率，本身转化率减小；
D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂，相当于增大压强，平衡正向进行；
④若起始时向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，计算浓度商Qc和平衡常数比较判断反应进行的方向．

解答 解：（1）①脱硝原理是与NO（g）反应生成空气中存在的两种无毒物质为氮气和水，反应的化学方程式：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O，
故答案为：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O；
②Ⅰ.4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
Ⅱ.4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1．
结合盖斯定律计算，（Ⅱ×5-Ⅰ×3）×$\frac{1}{2}$得到上述脱硝反应的热化学方程式：4NH_3（g）+6NO（g）=5N_2（g）+6H₂O（g）△H=-1811.63kJ•mol^-1，
反应△H＜0，△S＞0，则△H-T△S＜0，反应一定能自发进行，
故答案为：-1811.63kJ•mol^-1；能；
③4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O反应中反应中氧化剂NO，还原剂为NH₃物质的量之比6：4=3：2，每生成3mol还原产物电子转移12e^-，每生成1mol还原产物，则反应中转移电子数为4mol，
故答案为：3：2；4；
（2）①由图，0～10min内甲容器中N₂O₅的浓度变化量为0.2mol•L^-1，2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）十O₂（g），则消耗O₃浓度0.2mol/L，反应速率v（O₃）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02mol/（L•min），
故答案为：0.02；
②由图象可知，乙先达到平衡，平衡后N₂O₅（g）浓度比甲小，根据先拐先平数值大，则乙的温度较高，T₁＜T₂，平衡逆向移动，即正反应是放热反应，△H＜0，
                             2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）十O₂（g）
起始量（mol/L）      2               1                0               0
变化量（mol/L）     1             0.5               0.5           0.5
平衡量（mol/L）     1              0.5              0.5           0.5
平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{{1}^{2}×0.5}$=0.5L•mol^-1，
故答案为：＜；0.5L•mol^-1；
③2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g），△H＜0，
A．恒容容器中，向容器中充入He，增大容器的总压强，分压不变，平衡不变，NO₂转化率不变，故A错误；
B．反应为放热反应，升高容器的温度，平衡逆向进行，NO₂转化率减小，故B错误；
C．向容器中再充人一定量的NO₂，平衡正向进行，但NO₂转化率减小，故C错误；
D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂，相当于增大压强，平衡正向进行，NO₂转化率增大，故D正确；
故答案为：D；
④若起始时向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，计算浓度商Qc=$\frac{2×2}{{2}^{2}×1}$相当于加入五氧化二氮反应逆向进行，则脱硝反应达到平衡前，v（正）＜v（逆），
故答案为：＜．

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算、氧化还原反应电子转移、化学反应速率和平衡常数计算、影响化学平衡的因素，掌握基础是解题关键，题目难度中等．