Question

【題目】【加試題】煙氣的主要污染物是SO2、NOx，經臭氧預處理后再用適當溶液吸收，可減少煙氣中SO2、NOx的含量。O3氧化煙氣中SO2、NOx的主要反應的熱化學方程式為：

NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9 kJ·mol－1

NO(g)＋1/2O2(g)=NO2(g) △H=－58.2 kJ·mol－1

SO2(g)＋O3(g)SO3(g)＋O2(g) △H=－241.6 kJ·mol－1

（1）反應3NO(g)＋O3(g)=3NO2(g)的 △H=_ ______ kJ·mol－1。

（2）臭氧脫硝反應2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)能自發進行。在溫度為T1K時，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1 mol O3和2 mol NO2，發生上述反應，經25分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.25 mol·L－1。

①判斷該反應的△S__ _____0，△H_ ______0（填>、<或=）。

②在溫度為T1K時該反應的平衡常數K= 。

③下列說法正確的是 。

A．從反應開始到達平衡，NO2的平均反應速率v(NO2)=0.04mol·L－1·min－1

B．T1K時，若起始時向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體，則反應達到平衡前v(正) <v(逆)

C．若改變反應溫度為T2K，測得平衡時NO2的濃度為0.60 mol·L－1，則T2>T1

D．T1K時反應達平衡時容器的體積為2L，若維持T1K壓縮容器使NO2轉化率為60%，則此時容器的體積約為0.71L

④若維持其他條件不變，僅改變溫度為T2K時，經15分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.20 mol·L－1。畫出在T2K下從0到25分鐘c(NO2)隨時間變化圖。

Answer 1

【答案】（1）－317.3（2分）（2）①< （1分） < （1分） ② 1（2分） ③CD（2分）

④ （2分）

【解析】

試題分析：（1）已知：①NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9 kJ·mol－1

②NO(g)＋1/2O2(g)=NO2(g) △H=－58.2 kJ·mol－1

根據蓋斯定律可知①+②×2即得到反應3NO(g)＋O3(g)=3NO2(g)的△H＝－317.3kJ·mol－1。

（2）臭氧脫硝反應2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)能自發進行。在溫度為T1K時，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1 mol O3和2 mol NO2，發生上述反應，經25分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.25 mol·L－1。

①正反應是體積減小的可逆反應，則該反應的△S＜0。由于該反應能自發進行，則根據△G＝△H－T·△S可知該反應的△H＜0。

② 2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)

起始濃度（mol/L） 1 0.5 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.5 0.25 0.25 0.25

平衡濃度（mol/L） 0.5 0.25 0.25 0.25

則在溫度為T1K時該反應的平衡常數K＝。

③A．從反應開始到達平衡，NO2的平均反應速率v(NO2)＝0.5mol/L÷25min＝0.02mol·L－1·min－1，A錯誤；B．T1K時，若起始時向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體，則此時濃度熵＝＜1，因此反應達到平衡前v(正)＞v(逆)，B錯誤；C．若改變反應溫度為T2K，測得平衡時NO2的濃度為0.60 mol·L－1，這說明平衡向逆反應方向進行，由于正反應是放熱反應，則T2＞T1，C正確；D．

2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)

起始濃度（mol） 2 1 0 0

轉化濃度（mol） 1.2 0.6 0.6 0.6

平衡濃度（mol） 0.8 0.4 0.6 0.6

則

解得V＝0.71L，D正確，答案選CD。

④升高溫度反應速率加快，到達平衡的時間減少，經15分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.20 mol·L－1，因此消耗二氧化氮濃度是0.4mol/L，剩余二氧化氮濃度是0.6mol/L，則圖像可表示為。