Question

14．NO₂與SO₂能發(fā)生反應：NO₂+SO₂?SO₃+NO，某研究小組對此進行相關(guān)實驗探究．
（1）硝酸廠向大氣中排放NO₂造成的環(huán)境問題是酸雨、光化學煙霧．
（2）為了減少SO₂的排放，將含SO₂的煙氣通過洗滌劑X，充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸，既可以回收SO₂，同時又可得到化肥．上述洗滌劑X可以是b、d（選填序號）．
a．Ca（OH）₂    b．K₂CO₃    c．Na₂SO₃   d．NH₃•H₂O
（3）實驗中，尾氣可以用堿溶液吸收．NaOH溶液吸收NO₂時，發(fā)生的反應為：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，反應中形成的化學鍵是共價鍵（填化學鍵的類型）．用NaOH溶液吸收少量SO₂的離子方程式為SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O．
（4）已知：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-1
則NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol．
（5）在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變原料氣配比[n₀（NO₂）：n₀（SO₂）]進行多組實驗（各次實驗的溫度可能相同，也可能不同），測定NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率以[a（NO₂）]．部分實驗結(jié)果如圖所示：
①如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài)，應采取的措施是降低溫度；
②若A點對應實驗中，SO₂（g）的起始濃度為c₀ ol•L^-1，經(jīng)過t min達到平衡狀態(tài)，該時段化學反應速率v（NO₂）=$\frac{{c}_{0}}{5t}$mol•L•min^-1；
③圖中C、D兩點對應的實驗溫度分別為T_c和T_d，通過計算判斷：T_c= T_d （填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）硝酸廠向大氣中排放NO₂，經(jīng)過一系列反應，產(chǎn)生硝酸，對環(huán)境造成的污染是會形成硝酸型酸雨，還會產(chǎn)生光化學煙霧；
（2）分別加入不同的洗滌劑X，根據(jù)不同的洗滌劑X與SO₂發(fā)生的不同反應，判斷符合條件的洗滌劑X；
（3）發(fā)生的反應為：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，產(chǎn)物中NO₂^-，NO₃^-，H₂O中均含有共價鍵，用NaOH溶液吸收少量SO₂，反應產(chǎn)生正鹽，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（4）所求反應為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），該反應可由已知熱效應的熱化學方程式推導，根據(jù)蓋斯定律計算該反應的焓變；
（5）①如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài)，即在不改變物料比的情況下，增加NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，考慮溫度和壓強對化學平衡的影響；
②A點實驗中，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率α（NO₂）=50%，起始時，SO₂（g）的起始濃度為c₀mol/L，起始時的物料比為$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（N{O}_{2}）}=0.4$，可計算起始時NO₂的量，根據(jù)化學反應平均速率計算公式$v（N{O}_{2}）=\frac{△c}{△t}$計算；
③C、D兩點對應的實驗溫度分別為T_c和T_d，溫度和平衡常數(shù)有關(guān)，結(jié)合圖中的數(shù)據(jù)，分別計算C和D點時的化學平衡常數(shù)，據(jù)此判斷兩點溫度．

解答 解：（1）硝酸廠向大氣中排放NO₂，經(jīng)過一系列反應，產(chǎn)生硝酸，對環(huán)境造成的污染是會形成硝酸型酸雨，還會產(chǎn)生光化學煙霧，
故答案為：酸雨、光化學煙霧；
（2）分別加入不同的洗滌劑X，根據(jù)不同的洗滌劑X與SO₂發(fā)生的不同反應，要求將含SO₂的煙氣通過洗滌劑X，充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸，既可以回收SO₂，同時又可得到化肥，植物需求量較大的化肥是氮肥，磷肥，鉀肥，
a．若洗滌劑X選用Ca（OH）₂，通入SO₂反應產(chǎn)生CaSO₃，加入稀硫酸反應可以回收SO₂，同時產(chǎn)生CaSO₄，但不是化肥，故a不選；
b．若洗滌劑X選用K₂CO₃，是堿性較強的溶液，可以吸收SO₂，加入稀硫酸反應可以回收SO₂，同時產(chǎn)生鉀肥，故b選；
c．若洗滌劑X選用Na₂SO₃，是堿性較強的溶液，反應生成NaHSO₃，加入稀硫酸反應可以回收SO₂，同時產(chǎn)生Na₂SO₄，但不是化肥，故c不選；
d．若洗滌劑X選用NH₃•H₂O，是堿性溶液，可以吸收SO₂，加入稀硫酸反應可以回收SO₂，同時產(chǎn)生（NH₄）₂SO₄，是化肥，故d選；
故答案為：b、d；
（3）發(fā)生的反應為：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，產(chǎn)物中NO₂^-，NO₃^-，H₂O中均含有共價鍵，
用NaOH溶液吸收少量SO₂，反應產(chǎn)生正鹽，則用NaOH溶液吸收少量SO₂的離子方程式為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，
故答案為：共價鍵；SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（4）已知：①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₁=-113.0kJ/mol，
                  ②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ/mol，
所求反應為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），該反應可由$\frac{②-①}{2}$得到，根據(jù)蓋斯定律，所求反應的焓變?yōu)椤鱄=$\frac{△{H}_{2}-△{H}_{1}}{2}$=$\frac{-196.6-（-113.0）}{2}$=-41.8kJ/mol，
故答案為：-41.8；
（5）①如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài)，即在不改變物料比的情況下，增加NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，反應為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），反應焓變△H＜0，則反應為放熱反應，反應也是一個氣體數(shù)守恒的反應，壓強變化對化學平衡不產(chǎn)生影響，增加NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取降低溫度的方式，使化學平衡向正反應方向移動，
故答案為：降低溫度；
②A點實驗中，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率α（NO₂）=50%，起始時，SO₂（g）的起始濃度為c₀mol/L，起始時的物料比為$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（N{O}_{2}）}=0.4$，則起始時，NO₂的物質(zhì)的量濃度為c₀×0.5=0.4c₀mol/L，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率α（NO₂）=50%，則NO₂轉(zhuǎn)化了△c=0.4c₀×50%=0.2c₀mol/L，反應經(jīng)歷的時間為△t=tmin，則該時段化學反應速率v（NO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.2{c}_{0}}{t}=\frac{{c}_{0}}{5t}mol/（L•min）$，
故答案為：$\frac{{c}_{0}}{5t}$；
③C、D兩點對應的實驗溫度分別為T_c和T_d，溫度和平衡常數(shù)有關(guān)，結(jié)合圖中的數(shù)據(jù)，反應為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），
C點時，起始物料比為$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}=1.0$，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為α（NO₂）=50%，設(shè)起始時c（NO₂）=c（SO₂）=xmol/L，化學平衡常數(shù)為K（C）=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{50%x×50%x}{（1-50%）x×（1-50%）x}$=1，
D點時，起始物料比為$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}=1.5$，NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為α（NO₂）=40%，設(shè)起始時c（SO₂）=ymol/L，c（NO₂）=1.5ymol/L，化學平衡常數(shù)為K（D）=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{（40%×1.5y）×（40%×1.5y）}{[（1-40%）×1.5y]×[y-40%×1.5y]}$=1，
所以K（C）=K（D），化學平衡不發(fā)生移動，則T_C=T_D，
故答案為：=．

點評 本題主要考察化學原理部分知識，包含常見的無機反應，化學平衡的移動，化學反應速率的計算，化學平衡常數(shù)的計算，均為高頻考點，題目難度不大．