Question

4．燃煤煙氣中的SO₂、NO_x是形成酸雨的有害物質．應設法吸收利用．
I．吸收SO₂：通入氨水將其轉化為NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性（填“酸”、“堿”、“中”）；再通空氣將NH₄HSO₃氧化，溶液pH將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”、“不變”）
Ⅱ．處理NO：先用O₃處理，再用Na₂SO₃溶液吸收．O₃處理的熱化學方程式為：
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=aKJ•mol^-1
NO₂（g）═NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=bKJ•mol^-1
（1）反應NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=a-2bKJ•mol^-1．
（2）用Na₂SO₃溶液吸收時，溶液中SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，反應的氧化產物是SO₄^2-．
Ⅲ．利用SO₂：分離出SO₂可用于生產硫酸，反應之一：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．
（3）恒溫恒容下，改變SO₂、O₂的物質的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，平衡時測定Y的值，Y與[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]的關系如圖1所示，則Y可能是A、B．
A．正反應速率         B．SO₃的體積分數     C．SO₂的轉化率      D．SO₂的體積分數
a→b段y變化的原因是SO₂濃度增大，正反應速率增大，平衡正移，SO₃增多．

（4）K_p是以各氣體平衡分壓（各氣體的反應=總壓×各氣體的體積分數）代替平衡濃度表示的平衡常數．
①K_p與溫度（T/K）的關系是㏒K_p=$\frac{R}{T}$-4.86（R為常數），請判斷R＞0（填“＞”或“＜”），原因是溫度（T）升高，平衡逆向移動，K_p減小，由關系式可判斷R＞0．
②在10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂（體積分數）時，SO₂平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖2．則x＞1.0（填“＞”或“＜”）；計算550℃、1.0atm下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的K_p=900.0atm^-1．（精確到1位小數）

Answer 1

分析 Ⅰ．SO₂通入氨水將其轉化為NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性，再通空氣將NH₄HSO₃氧化，HSO₃^-轉化為SO₄^2-和H⁺，酸性增強；
Ⅱ．（1）根據蓋斯定律計算所求反應的焓變；
（2）用Na₂SO₃溶液吸收時，溶液中SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，NO₂被還原為NO₂^-，則SO₃^2-應被氧化成SO₄^2-；
Ⅲ．（3）反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應為氣體分子數減少的反應，恒溫恒容下，改變SO₂、O₂的物質的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，根據圖1分析Y的含義和a→b段Y升高的原因；
（4）①根據圖2，溫度升高，SO₂的平衡轉化率降低，正反應趨勢減小，則K_p減小，據此分析；
②從整個體系中O的含量分析x，根據分壓平衡常數的定義計算．

解答 解：I．SO₂通入氨水將其轉化為NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性，
再通空氣將NH₄HSO₃氧化，HSO₃^-轉化為SO₄^2-和H⁺，酸性增強，則溶液pH將減小，
故答案為：酸；減��；
Ⅱ．（1）已知：①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₁=akJ/mol，
                      ②NO₂（g）═NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=bkJ/mol，
所求反應為：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），該反應可由①-②×2得到，根據蓋斯定律，該反應的焓變△H=△H₁-2△H₂=（a-2b）kJ/mol，
故答案為：a-2b；
（2）用Na₂SO₃溶液吸收時，溶液中SO₃^2-將NO₂轉化為NO₂^-，NO₂被還原為NO₂^-，則SO₃^2-應被氧化成SO₄^2-，則氧化產物為SO₄^2-，
故答案為：SO₄^2-；
（3）反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應為氣體分子數減少的反應，恒溫恒容下，改變SO₂、O₂的物質的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，反應焓變△H＜0，正反應放熱，降低溫度，增大壓強均有利于反應正向進行，隨著物料比$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$增大，可以控制為SO₂的量增大或O₂的量減少，Y先增大后減小，可能為正反應速率，也可以為SO₃的體積分數，當控制條件為增大SO₂的量時，會使SO₂的轉化率降低，不一定會使SO₂的轉化率一直升高，當控制條件為減小O₂的量時，會增加SO₂的平衡轉化率，使其體積分數不斷降低，不一定會使SO₂的體積分數一直增大，故有可能的是A和B，
綜合A和B考慮，a→b段升高的原因可能為：SO₂濃度增大，正反應速率增大，平衡正移，SO₃增多
故答案為：A、B；SO₂濃度增大，正反應速率增大，平衡正移，SO₃增多；
（4）①根據圖2，溫度升高，SO₂的平衡轉化率降低，正反應趨勢減小，則K_p減小，則R＞0，原因是：溫度（T）升高，平衡逆向移動，K_p減小，由關系式可判斷R＞0，
故答案為：＞；溫度（T）升高，平衡逆向移動，K_p減小，由關系式可判斷R＞0；
②體系中含有10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂，根據圖2，隨著溫度升高，SO₂的平衡轉化率降低，有利于生成NO_x，從整個體系O含量角度考慮，生成NO_x中，x＞1，
K_p是以各氣體平衡分壓（各氣體的反應=總壓×各氣體的體積分數）代替平衡濃度表示的平衡常數，550℃、1.0atm下，SO₂的平衡轉化率為90%，反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），已知體系中有10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂，設混合氣體有100mol，則含有10molSO₂，13.5molO₂，76.5molN₂，根據反應方程式，則平衡時n（SO₂）=1mol，n（O₂）=9mol，n（SO₃）=9mol，根據理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，恒溫恒容體系中，壓強之比等于物質的量之比，則$\frac{1atm}{10+13.5+76.5}=\frac{p}{1+9+9+76.5}$，可得p=0.955atm，根據道爾頓分壓定律，p（SO₂）=$\frac{1}{1+9+9+76.5}×p$=0.01atm，p（O₂）=p（SO₃）=$\frac{9}{1+9+9+76.5}×p$=0.09atm，則分壓平衡常數K_p=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{3}）}{p（{O}_{2}）{p}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{（0.09atm）^{2}}{（0.01atm）^{2}×（0.09atm）}$=900.0atm^-1，
故答案為：＞；900.0atm^-1．

點評 本題考查化學平衡計算、圖象分析，為高頻考點，側重考查學生分析推斷及計算、知識遷移能力，根據濃度化學平衡常數計算方法計算壓強化學平衡常數，計算量較大，難度中等．