Question

13．研究NO_x、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理方法具有重要意義，請回答下列問題：
（1）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1mol O₂發(fā)生反應(yīng)，則下列說法正確的是DE．
A．若反應(yīng)速率v（SO₂）﹦v（SO₃），則可以說明該可逆反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，化學反應(yīng)速率加快
C．平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定都增大
D．平衡后移動活塞壓縮氣體，平衡時SO₂、O₂的百分含量減小，SO₃的百分含量增大
E．保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2mol SO₃，再次平衡時各組分濃度均比原平衡時的濃度大
F．平衡后升高溫度，平衡常數(shù)K增大
（2）若某溫度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ/mol．開始時在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0mol O₂（g），當反應(yīng)達到平衡時共放出196kJ的熱量，該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$（用分數(shù)表示）．在該溫度下，分別將0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定體積的密閉容器中，當SO₂轉(zhuǎn)化率為60%時，該反應(yīng)向逆方向進行
（3）在一個2L的密閉容器中充入一定量的SO₃發(fā)生反應(yīng)：其中SO₃的變化如下圖所示：從10 min起，壓縮容器為1L，則SO₃的變化曲線為c（填圖象中的字母序號）．
（4）反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）；△H=+57kJ•mol^-1，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖所示．下列說法正確的是C

A．A、C兩點的反應(yīng)速率：A＞C
B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
D．若P₂＞P₁，則化學平衡常數(shù)K_A＞K_C
（5）用CH₄催化還原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ/mol
②CH₄（g）+4NO （g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160KJ/mol
請寫出1molCH₄還原NO₂生成N₂、CO₂、H₂O氣態(tài)物質(zhì)的熱化學方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）A．若反應(yīng)速率v（SO₂）﹦v（SO₃），反應(yīng)方向未知導致無法確定是否達到平衡狀態(tài)；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，反應(yīng)物和生成物濃度不變，平衡不移動；
C．平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，加入的該物質(zhì)轉(zhuǎn)化率降低；
D．平衡后移動活塞壓縮氣體，平衡正向移動；
E．保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2mol SO₃，相當于增大壓強，平衡正向移動；
F．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；
（2）1molSO₂完全反應(yīng)放出98kJ熱量，則放出196kJ熱量時消耗二氧化硫2mol，消耗氧氣1mol，開始時c（SO₂）=$\frac{4.0mol}{100L}$=0.04mol/L，c（O₂）=$\frac{10mol}{100L}$=0.1mol/L，
該反應(yīng)中SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
開始（mol/L）0.04      0.1          0
反應(yīng)（mol/L）0.02      0.01        0.02
平衡（mol/L）0.02      0.09         0.02
化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）.\sqrt{c（{O}_{2}）}}$；
在該溫度下，分別將0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定體積的密閉容器中，當SO₂轉(zhuǎn)化率為60%時，
剩余的c（SO₂）=0.2mol/L×（1-60%）=0.08mol/L，c（O₂）=0.1mol/L-0.2mol/L×60%×$\frac{1}{2}$=0.04mol/L，生成的c（SO₃）=0.2mol/L×60%=0.12mol/L，
根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)相對大小確定反應(yīng)方向；
（3）在一個2L的密閉容器中充入一定量的SO₃發(fā)生反應(yīng)：其中SO₃的變化如下圖所示：從10 min起，壓縮容器為1L，容器體積減小導致10min時c（SO₃）增大但n（SO₃）不變，增大壓強平衡正向移動，n（SO₃）逐漸增大；
（4）A．A點壓強小于C點，壓強越大，反應(yīng)速率越大；
B．增大壓強平衡逆向移動，但C點二氧化氮濃度大于A點；
C．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，壓強不變，應(yīng)該升高溫度；
D．化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
（5）將方程式$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H進行相應(yīng)的改變．

解答 解：（1）A．若反應(yīng)速率v（SO₂）﹦v（SO₃），反應(yīng)方向未知導致無法確定是否達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，氮氣不參加反應(yīng)，則反應(yīng)物和生成物濃度不變，平衡不移動，則反應(yīng)速率不變，故B錯誤；
C．平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，加入的該物質(zhì)轉(zhuǎn)化率降低，其它的氣體反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故C錯誤；
D．平衡后移動活塞壓縮氣體，平衡正向移動，則反應(yīng)物含量降低，生成物含量增大，故D正確；
E．保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2mol SO₃，相當于增大壓強，平衡正向移動，再次平衡時各組分濃度均比原平衡時的濃度大，故E正確；
F．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，故F錯誤；
故選DE；
（2）1molSO₂完全反應(yīng)放出98kJ熱量，則放出196kJ熱量時消耗二氧化硫2mol，消耗氧氣1mol，開始時c（SO₂）=$\frac{4.0mol}{100L}$=0.04mol/L，c（O₂）=$\frac{10mol}{100L}$=0.1mol/L，
該反應(yīng)中SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
開始（mol/L）0.04      0.1          0
反應(yīng)（mol/L）0.02      0.01        0.02
平衡（mol/L）0.02      0.09         0.02
化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）.\sqrt{c（{O}_{2}）}}$=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=$\frac{10}{3}$；
在該溫度下，分別將0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定體積的密閉容器中，當SO₂轉(zhuǎn)化率為60%時，
剩余的c（SO₂）=0.2mol/L×（1-60%）=0.08mol/L，c（O₂）=0.1mol/L-0.2mol/L×60%×$\frac{1}{2}$=0.04mol/L，生成的c（SO₃）=0.2mol/L×60%=0.12mol/L，
濃度商=$\frac{0.12}{0.08×\sqrt{0.04}}$=7.5＞$\frac{10}{3}$，平衡逆向移動，
故答案為：$\frac{10}{3}$；逆；
（3）在一個2L的密閉容器中充入一定量的SO₃發(fā)生反應(yīng)：其中SO₃的變化如下圖所示：從10 min起，壓縮容器為1L，容器體積減小導致10min時c（SO₃）增大但n（SO₃）不變，增大壓強平衡正向移動，n（SO₃）逐漸增大，所以選c，故答案為：c；
（4）A．A點壓強小于C點，壓強越大，反應(yīng)速率越大，所以反應(yīng)速率A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強平衡逆向移動，但C點二氧化氮濃度大于A點，所以顏色A點淺、C點深，故B錯誤；
C．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，壓強不變，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度二氧化氮含量增大，則應(yīng)該升高溫度，故C正確；
D．化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，A、C點溫度相同則平衡常數(shù)相同，故D錯誤；
故選C；
（5）將方程式$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ/mol=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡計算、蓋斯定律、圖象分析等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學生分析、判斷及計算能力，明確平衡移動原理是解本題關(guān)鍵，注意（4）B為易錯點，題目難度中等．