Question

二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大氣的主要污染物。綜合治理其污染是環(huán)境化學當前的重要研究內容之一。

（1）硫酸生產中，SO₂催化氧化生成SO₃：

2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)

某溫度下，SO₂的平衡轉化率(a)與體系總壓強(p)的關系如右圖所示。根據圖示回答下列問題：

①將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10MPa。該反應的平衡常數(shù)等于_____。

②平衡狀態(tài)由A變到B時．平衡常數(shù)K(A)_______K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－574 kJ·mol^－1

CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)     △H＝－1160 kJ·mol^－1

若用標準狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂整個過程中轉移的電子總數(shù)為______（阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示），放出的熱量為______kJ。

（3）新型納米材料氧缺位鐵酸鹽（MFe₂O_x 3＜x＜4，M＝Mn、Co、Zn或Ni＝由鐵酸鹽（MFe₂O₄）經高溫還原而得，常溫下，它能使工業(yè)廢氣中的酸性氧化物分解除去。轉化流程如圖所示：

請寫出MFe₂O_x分解SO₂的化學方程式                               （不必配平）。

Answer 1

（1）①800L·mol^－1  ②＝ （2）1.60N_A（或1.6N_A）  173.4 （3）MFe₂O_x＋SO₂→MFe₂O₄＋S

解析:

（1）據題意當容器中總壓強為0.10MPa時，SO₂的平衡轉化率為0.80，據此可計算得出平衡時c(SO₂)=0.040mol·L^－1；c(O₂)=0.020mol·L^－1；c(SO₃)=0.16mol·L^－1。根據平衡常數(shù)的計算式：K==800L·mol^－1；只要溫度不變，平衡常數(shù)就不改變，在此變化過程中，只有壓強的改變，溫度未發(fā)生變化，故K(A)=K(B)。

   （2）用標準狀況下4.48LCH₄還原NO₂ 至N₂，4.48LCH₄的物質的量為0.20mol，在此過程中CH₄中碳元素的化合價有-4價升高到+4價，轉化為CO₂，失去電子的總物質的量為0.20mol×8= 1.60mol，故轉移電子數(shù)為1.60N_A。由題目給知的熱化學方程式，根據蓋斯定律可以得出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學方程式為：CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－867 kJ·mol^－1，則0.2molCH₄反應放出的熱量為867 kJ·mol^－1×0.2mol=173.4kJ。

   （3）此題中反應物已知為MFe₂O_X和SO₂，反應后生成MFe₂O₄，由MFe₂O_X轉化為MFe₂O₄，氧原子數(shù)增加，故SO₂失去氧原子轉化為S，反應式為：MFe₂O_X+SO₂=MFe₂O₄+S。