Question

19．氮氧化物、二氧化硫是造成大氣污染的主要物質(zhì)，某科研小組進行如下研究．

（1）已知：寫出SO₂（g）與NO₂（g）反應(yīng)生成SO₃（g）和NO（g）的熱化學(xué)方程式SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol．
（2）向容積為1L密閉容器中分別充入0.10mol NO₂和0.15mol SO₂，在不同溫度下測定同一時刻NO₂的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如圖1所示．
①如圖2a、c兩點反應(yīng)速率大小關(guān)系：υ（a）＜υ（c）．（填“＞”、“＜”或“=”）
②溫度為T₂時從反應(yīng)開始經(jīng)過2min達到b點，用SO₃表示這段時間的反應(yīng)速率為0.025mol•L^-1•min^-1，此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.5，若在此溫度下，保持容器的容積不變，再向容器中充入0.20mol NO₂和0.30mol SO₂，NO₂的轉(zhuǎn)化率不變．（填“增大”、“減小”或“不變”）
③NO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因是：溫度為T₂，b點為平衡點，T₂以前溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，T₂以后，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率減小．
（3）常溫下用NaOH溶液吸收SO₂，在吸收過程中，溶液pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①當(dāng)吸收液呈中性時，溶液中離子濃度由大到小排列順序為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．
②當(dāng)向NaOH溶液中通入足量的SO₂時，得到NaHSO₃溶液，在pH為4～7之間電解，硫元素在陰極上被還原為Na₂S₂O₄，這是電化學(xué)脫硫技術(shù)之一，寫出該陰極的電極反應(yīng)式2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知由圖分析得①2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）；△H=-196.6kJ/mol
②O₂（g）+2NO（g）═2NO₂（g）；△H=-113.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$可得：SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol，
（2）①溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快；
②n變（NO₂）=0.1mol×50%=0.05mol
                 SO₂+NO₂=SO₃+NO
開始（n） 0.15   0.1      0       0
變             0.05   0.05   0.05   0.05
2min         0.1      0.05   0.05   0.05，據(jù)v（SO₃）=$\frac{△n（S{O}_{3}）}{△t}$；K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$；溫度不變K不變，求w（NO₂），據(jù)此進行分析；
③據(jù)影響平衡移動的因素分析；
（3）①吸收液呈中性時，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，結(jié)合電荷守恒解答；
②據(jù)陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)分析．

解答 解：（1）已知由圖分析得①2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）；△H=-196.6kJ/mol
②O₂（g）+2NO（g）═2NO₂（g）；△H=-113.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$可得：SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol，
故答案為：SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol；
（2）①溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快，故υ（a）＜υ（c），故答案為：＜；
②n變（NO₂）=0.1mol×50%=0.05mol
                 SO₂+NO₂=SO₃+NO
開始（C） 0.15   0.1      0       0
變             0.05   0.05   0.05   0.05
2min         0.1      0.05   0.05   0.05，
v（SO₃）=$\frac{△n（S{O}_{3}）}{△t}$=$\frac{0.05mol/L}{2min}$=0.025mol•L^-1•min^-1；k=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.05×0.05}{0.1×0.05}$=0.5；w（NO₂）=$\frac{0.05}{0.1}×100%$=50%，
                  SO₂+NO₂=SO₃+NO
開始（C） 0.4    0.25    0.05  0.05
變              x          x       x       x
2min         0.4-x   0.25-x   0.05+x  0.05+x，
因為溫度不變，故K不變，即$\frac{（0.05+x）（0.05+x）}{（0.4-x）（0.25-x）}$=0.5，解得x=0.125，故w（NO₂）=$\frac{0.125}{0.25}×100%$=50%，故轉(zhuǎn)化率不變；
故答案為：0.025mol•L^-1•min^-1；0.5；不變；
③NO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因是，溫度為T₂，b點為平衡點，T₂以前溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，T₂以后，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：溫度為T₂，b點為平衡點，T₂以前溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，T₂以后，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率減小；
（3）①SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亞硫酸兩步水解，第一步水解遠遠大于第二步水解，則離子濃度為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
②據(jù)陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故電極方程式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．

點評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計算，熱化學(xué)方程式的書寫，電解池原理，題目綜合性較強，難度較大．