二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的...

二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

(1) C(s)+O2(g)CO2(g)　　　　　 ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g)　　　　 ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)SO2(g)　　　　　　 ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

写出CO 还原SO2的热化学方程式:_________________。

(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。

A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变

Ⅱ．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：

反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　　　 ΔH=－34.0kJ/mol

反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　 ΔH=－64.2kJ/mol

(3)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：

①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。

A．加入一定量的活性炭　　　　　　　　　　 B．通入一定量的NO

C．适当缩小容器的体积　　　　　　　　　　 D．加入合适的催化剂

(4)①某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO2的体积分数为___________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。

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SO2 是危害最为严重的大气污染物之一，SO2 的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理 SO2。催化还原 SO2 不仅可以消除 SO2 污染，而且可得到有价值的单质S。

（1）在复合组分催化剂作用下，CH4 可使 SO2 转化为 S，同时生成 CO2 和 H2O。已知 CH4 和 S的燃烧热分别为 890.3 kJ /mol 和 297.2 kJ /mol ， CH4 和 SO2 反应的热化学方程式为__________。

（2）用 H2 还原 SO2 生成S 的反应分两步完成，如图 1 所示，该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的　　 变化关系如图 2 所示：

①分析可知X 为______写化学式），0~t1 时间段的温度为_____，0~t1 时间段用SO2 表示的化学反应速率为_____。

②总反应的化学方程式为____________。

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SO2是危害最为严重的大气污染物之一，SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO2。催化还原SO2不仅可以消除SO2污染，而且可得到有价值的单质S。

（1）在复合组分催化剂作用下，CH4可使SO2转化为S，同时生成CO2 和H2O。已知CH4 和S的燃烧热分别为890.3 kJ /mol 和297.2 kJ /mol，CH4和SO2反应的热化学方程式为______________________。

（2）用H2还原SO2生成S的反应分两步完成，如图1所示，该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图2 所示：

①分析可知X为____________(写化学式)，0~t1时间段的温度为_________，0~t1时间段用SO2 表示的化学反应速率为________________________________。

②总反应的化学方程式为_______________________________。

（3）工业上可用Na2SO3溶液吸收SO2，该反应的离子方程式为__________________________，比较Na2SO3 溶液中各离子浓度的大小关系为__________________。

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SO2是危害最为严重的大气污染物之一，SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO2。催化还原SO2不仅可以消除SO2污染，而且可得到有价值的单质S。

（1）在复合组分催化剂作用下，CH4可使SO2转化为S，同时生成CO2 和H2O。已知CH4 和S的燃烧热分别为890.3 kJ /mol 和297.2 kJ /mol，CH4和SO2反应的热化学方程式为______________________。

（2）用H2还原SO2生成S的反应分两步完成，如图1所示，该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图2 所示：

①分析可知X为____________(写化学式)，0~t1时间段的温度为_________，0~t1时间段用SO2 表示的化学反应速率为________________________________。

②总反应的化学方程式为_______________________________。

（3）工业上可用Na2SO3溶液吸收SO2，该反应的离子方程式为__________________________，比较Na2SO3 溶液中各离子浓度的大小关系为__________________。

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煤炭是我国的主要能源之一，与之伴生的二氧化硫(SO2)和酸雨污染问题较为突出。目前我国采用的控制方法是电厂烟气脱硫。烟气脱硫的原理是利用碱性物质吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下两种方法：

I、钠碱循环法脱硫技术。

(1)此法是利用Na2SO3溶液可脱除烟气中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得，该反应的离子方程式：　　　　 　　　　　　　　 　　 。

(2)NaOH溶液吸收SO的过程中，pH随n(SO32-)：n(HSO3-)变化关系如下表：

①由上表判断，NaHSO3溶液显　 　　　　　　 　 性，用化学平衡原理解释：　　 　　　　　　　　 。

②当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是(选填字母)：　　 　　　　　　 。

a．c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)

b．c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H-)=c(OH-)

c．c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)

II、石灰石脱硫法

此法是以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)△H=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)

CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO2(g)△H2=-175.6kJ·mol-1(反应Ⅱ)

请回答下列问题：

(1)结合反应Ⅰ、Ⅱ写出CaSO4(s)与CaS(s) 的热化学反应方程式　　　 　　　　　　　　 　　 。

(2)对于气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅰ的Kp=　　 　　　　　　　 　 (用表达式表示)。

(3)假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是　　　 　　　　　　 　 。

(4)图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中产生的SO2生成量的措施有　　 　　　　　　　 　　 。

A、向该反应体系中投入生石灰

B、在合适的温度区间内控制较低的反应温度

C、降低CO的初始体积百分数

D、提高反应体系的温度

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导致空气污染的主要原因来自于化石燃料燃烧、硫酸工业和汽车尾气的排放；致使大量二氧化硫和氮氧化物排入大气中。利用化学反应原理研究治理环境污染的方法是当前环保工作的重要研究内容之一。

（1）反应是硫酸工业中的重要反应；提高SO2的平衡转化率有利于减少尾气排放：已知该反应是放热反应；当该反应处于平衡状态时，为了提高SO2的转化率：下列可采用的措施是

A．加入V2O5作催化剂　　 B．通入过量空气　　 C．高温　　 D．增大压强

（2）一定条件下，向2L密闭容器中通入2molSO2(g)、1molO2(g)和0.2SO3(g),2min后反应达到平衡时,测得SO2的转化率为50%，则该可逆反应的平衡常数K=_________；用O2的浓度变化表示从O-2min内该反应的平均速率v=_________；恒温下，若向容器中再加入2molSO2(g)，则重新达到平衡时SO2的总转化率____________50%(填“>”、“<”、“=”)

（3）能说明该反应已经达到平衡状态的是

A．　　　　　　 B．容器内压强保持不变．

C．　　 D．容器内物质的密度保持不变．

（4）在催化剂作用下用CH4将氮氧化物还原为N2可以消除氮氧化物带来的污染，　 请写出CH4与NO反应的化学方程式：_________；温度为T1时在密闭容器中研究CH4催化还原氮氧化物的反应，反应过程中产物N2的物质的量随时间的变化曲线如图所示，请在图中补画出温度为T2(T2>T1)时，n(N2)的变化曲线（已知该反应是放热反应）。

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大量燃煤产生烟气会造成空气中二氧化硫含量增多，某研究小组利用燃煤电厂的固体废弃物粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）进行烟气脱硫研究，并制备Al2(SO4)3·18H2O。

（1）上述①②③④步实验操作中，需要过滤的是______。

（2）第②步不能用氢氧化钠溶液的原因是______（用化学方程式表示）。

（3）下列关于步骤③、④的说法正确的是______。

a．溶液C可用于制备氮肥

b．溶液B中的硫酸铵将烟气中的SO2除去

c．热分解获得的SO2可以回收再利用

（4）从固体B制备Al2(SO4)3·18H2O的实验操作是：加入稀硫酸、加热浓缩、______、过滤。

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（1）工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ．脱硝：已知：H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g）　　　 △H＝+133kJ·mol-1

H2O（g）＝H2O（l)　　　 △H＝-44kJ·mol-1

催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为______________

Ⅱ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)

（1）①该反应自发进行的条件是　 　　　　　　 　 （填“低温”、“高温”或“任意温度”）

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是　　 　　　　　　 。

a、混合气体的平均式量保持不变

b、CO2和H2的体积分数保持不变

c、CO2和H2的转化率相等

d、混合气体的密度保持不变

e、1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂

（2）产物甲醇可以用作燃料电池，该电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。负极发生的电极反应式是___________________

2）资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。

（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相关热化学方程式如下：6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)　 △H=-76.0 kJ·mol一1上述反应中每生成1 mol Fe3O4，转移电子的物质的量为_________mol。

（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2 mol·L一1，H2 0.8 mol·L一1，CH40.8 mol·L一1，H2O1.6 mol·L一1。则CO2的平衡转化率为____________。300 ℃时上述反应的平衡常数K=____________________。200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H_________(填“＞’’或“<”)O。

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工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ.脱硝：已知：H2的燃烧热为285.8kJ/mol　 N2(g) +2O2(g) = 2NO2(g)△H = +133kJ/mol、H2O(g) = H2O(l) △H = -44kJ/mol。催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为_____________________。

Ⅱ.脱碳：向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l)　 △H < 0

（1）①该反应自发进行的条件是__________（填“低温”、“高温”或“任意温度”），

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是___________。

a.混合气体的平均式量保持不变 ；b.CO2和H2的体积分数保持不变；

c. CO2和H2的转化率相等 ；d.混合气体的密度保持不变

e.1molCO2生成的同时有3molH—H键断裂

③CO2的浓度随时间（0~t2）变化如图所示，在t2时将容器容积缩小一倍，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2~t6内CO2的浓度随时间的变化_____。

（2）改变温度，使反应CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)　 △H < 0中的所有物质都为气态。起始温度体积相同（T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表：

①达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(I)_______K(II)（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡时CH3OH的浓度c(I)_______c(II)。

②对反应Ⅰ，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=_______________。在其它条件不变下，若30min时只改变温度为T2 ℃，此时H2的物质的量为3.2mol，则T1______T2（填“>”、“<”或“=”）。若30min时向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，则平衡_________移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。

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