Question

17．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
（2）利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$ 7N₂+12H₂O可處理NO₂．一定條件下，將該反應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖1所示裝置，其中電極均為石墨，使用熔融金屬氧化物作電解質(zhì)，寫出負(fù)極電極反應(yīng)式2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；若一段時(shí)間內(nèi)測(cè)得外電路中有1.2mol電子通過，則兩極共產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為7.84L．

（3）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒容密閉容器中發(fā)生下述反應(yīng)：
NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強(qiáng)保持不變                  b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的物質(zhì)的量比保持不變      d．每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂
（4）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入2molCO和2molH₂發(fā)生上述反應(yīng)，5min后反應(yīng)平衡，此時(shí)測(cè)得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，計(jì)算反應(yīng)開始至平衡時(shí)的平均速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）；該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為2.68（保留兩位小數(shù)）
（5）不同溫度CO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，依據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$得到熱化學(xué)方程式；
（2）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生成氮?dú)�，結(jié)合化合價(jià)的變化計(jì)算生成氣體的體積；
（3）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（4）5min后反應(yīng)平衡，此時(shí)測(cè)得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），結(jié)合方程式計(jì)量關(guān)系計(jì)算v（H₂）；計(jì)算平衡時(shí)可各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
（5）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$得到熱化學(xué)方程式為：NO₂（g）+SO₂（g）$\stackrel{\;}{?}$SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8KJ/mol；
故答案為：-41.8；
（2）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生成氮?dú)�，電極方程式為2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O，反應(yīng)的總方程式為6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$ 7N₂+12H₂O，反應(yīng)中N元素化合價(jià)分別由+4價(jià)、-3價(jià)變化為0價(jià)，有1.2mol電子通過，由方程式可知生成0.35mol氮?dú)�，體積為0.35mol×22.4L/mol=7.84L，
故答案為：2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；7.84；
（3）a．無論是否達(dá)到平衡，體系壓強(qiáng)都保持不變，不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₃和NO的計(jì)量數(shù)之比為1：1，無論是否達(dá)到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
 故答案為：b；
（4）5min后反應(yīng)平衡，此時(shí)測(cè)得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），由方程式可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.12mol/（L•min），
起始時(shí)容積為2L的密閉容器中充入2molCO和2molH₂，即c（CO）=1mol/L、c（H₂）=1mol/L，則
平衡時(shí)c（CH₃OH）=0.3mol/L，則c（CO）=1mol/L-0.3mool/L=0.7mol/L，c（H₂）=1mol/L-2×0.3mol/L=0.4mol/L，
k=$\frac{0.3}{0.7×0．{4}^{2}}$=2.68，
故答案為：0.12mol/（L•min）； 2.68；
（5）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．
第二問：實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加．

點(diǎn)評(píng) 本題以NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查化學(xué)平衡移動(dòng)、蓋斯定律計(jì)算等問題，為高頻考點(diǎn)和常見題型，側(cè)重于學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力的考查，題目難度中等．