Question

16．化學(xué)在解決霧霾污染中有著重要的作用，霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物PM2.5）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．
（1）已知：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以物質(zhì)的量比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有b
a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量
b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變
d．每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1mol NO₂
測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂物質(zhì)的量比為1：3，則平衡常數(shù)K=$\frac{1}{3}$（用分?jǐn)?shù)表示）
NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．在氨氣足量的情況下，不同c$\frac{（N{O}_{2}）}{c（NO）}$不同溫度對(duì)脫氮率的影響如圖1所示（已知氨氣催化還原氮氧化物的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），請(qǐng)解釋300℃之后脫氮率逐漸減小的原因：300℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，后升溫平衡逆向移動(dòng)，脫氮率減小
（2）CO綜合利用．
①CO用于合成甲醇反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）若起始投入1molCO，2mol H₂，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．得知該反應(yīng)的△H＜0，該反應(yīng)的實(shí)際生產(chǎn)條件控制在 250℃、1.3×10⁴kPa左右最為適宜．反應(yīng)達(dá)平衡后，下列操作既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大的是de
a． 升溫                     b．恒容條件下充入H₂
c．加入合適的正催化劑        d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂
e．壓縮體積                  f．移走一部分CH₃OH
②電解CO制備CH₄，電解質(zhì)為碳酸鈉溶液，工作原理如圖3所示，寫出陰極區(qū)電極反應(yīng)式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄


（3）利用噴霧干燥法脫硫工藝是除去SO₂的常見(jiàn)方法，先將含SO₂的廢氣溶于水，再用飽和石灰漿吸收，具體步驟如下：
SO₂（g）+H₂O（l）?H₂SO₃（l）??H⁺（aq）+HSO₃^-（aq）Ⅰ
HSO₃^-（aq）?H⁺（aq）+SO₃^2-（aq）Ⅱ
Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）Ⅲ
Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?CaSO₃（s）Ⅳ
該溫度下，測(cè)定吸收后液體中c（Ca²⁺）一直保持為0.70mol/L，
已知K_sp（CaSO₃）=1.4×10^-7，則吸收后溶液中的SO₃^2-的濃度為2.0×10^-7 mol/L．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，得到平衡狀態(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，計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）c（NO）}{c（NO{\;}_{2}）c（SO{\;}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；根據(jù)圖示得到溫度和脫氮率的關(guān)系300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大；300℃之后，溫度升高脫氮率逐漸減小，據(jù)此結(jié)合溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答即可；
（2）①圖象分析可知壓強(qiáng)一定，溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，溫度在250°一氧化碳轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速率大，既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，反應(yīng)正向進(jìn)行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a． 反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫速率增大，平衡逆向進(jìn)行；                 
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大；
c．催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；      
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
e．壓縮體積壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率增大平衡正向進(jìn)行；              　 
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率減小；
②由此電解原理可知，陽(yáng)極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此解答即可；
（3）利用溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中亞硫酸根離子濃度．

解答 解：（1）NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1①
2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1②
將方程式$\frac{②}{2}$-①得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=（$\frac{-196.6}{2}$+56.5）kJ•mol^-1=-41.8kJ/mol，
a．隨反應(yīng)：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進(jìn)行，氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量都不變，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量也不變，不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說(shuō)明二氧化氮的濃度不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，SO₃和NO都是生成物，所以體積比一直等于系數(shù)比，所以SO₃和NO的體積比保持不變，不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．每生成1molSO₃的同時(shí)消耗1molNO₂都表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)自始至終都按此比例進(jìn)行，故d錯(cuò)誤；
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a      2a       0       0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x      x        x        x
平衡物質(zhì)的體積 a-x   2a-x      x        x
平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：3，即（1a-x）：（2a-x）=1：3，故x=$\frac{1}{2}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）c（NO）}{c（NO{\;}_{2}）c（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{x{\;}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{1}{3}$；
根據(jù)圖示信息得到：300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大；300℃之后，溫度升高脫氮率逐漸減小，這是因?yàn)椋?00℃之前，反應(yīng)未平衡，反應(yīng)向右進(jìn)行，脫氮率增大；300℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，后升溫平衡逆向移動(dòng)，脫氮率減小，
故答案為：-41.8；b；$\frac{1}{3}$；300℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，后升溫平衡逆向移動(dòng)，脫氮率減�。�
（2）①圖象分析可知壓強(qiáng)一定，溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H＜0，圖象分析可知，溫度在250°一氧化碳轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速率大，既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，反應(yīng)正向進(jìn)行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a． 反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫反應(yīng)速率增大，但平衡逆向進(jìn)行，故a錯(cuò)誤；                 
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，故b錯(cuò)誤；
c．催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，但平衡不變，故c錯(cuò)誤；      
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，故d正確；
e．壓縮體積壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率增大平衡正向進(jìn)行，CH₃OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，故e正確；              　 
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進(jìn)行，濃度減小反應(yīng)速率減小，故f錯(cuò)誤，
故de正確，
故答案為：＜；d e；
②由此電解原理可知，陽(yáng)極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此離子反應(yīng)方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，陰極區(qū)電極反應(yīng)式為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，
故答案為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄；
（3）C（SO₃^2- ）=$\frac{Ksp（CaSO{\;}_{3}）}{c（Ca{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-7}}{0.70}$mol/L=2.0×10^-7 mol/L，
故答案為：2.0×10^-7 mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算、電極方程式的書寫及其計(jì)算、圖象的分析與應(yīng)用等，考查了學(xué)生的分析能力以及對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．