Question

4．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）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(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的體積比保持不變       d．每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂
測得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示．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)成本增加得不償失．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$計(jì)算得到；
（2）根據(jù)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；計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）利用化學(xué)平衡的影響因素和工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系來分析．

解答 解：（1）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，故答案為：-41.8；
（2）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．
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1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）c（NO）}{c（NO{\;}_{2}）c（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{x{\;}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{16}{25}a{\;}^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：b；$\frac{8}{3}$；
（3）由圖可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；壓強(qiáng)大，有利于加快反應(yīng)速率，有利于使平衡正向移動，但壓強(qiáng)過大，需要的動力大，對設(shè)備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因?yàn)樵?50℃、壓強(qiáng)為1.3×10⁴ kPa時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率已較大，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率變化不大，沒有必要再增大壓強(qiáng)．
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)成本增加得不償失．

點(diǎn)評 本題以NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查化學(xué)平衡移動、蓋斯定律以計(jì)算等問題，側(cè)重于學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識的能力的考查，題目難度中等．