Question

17．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：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
（2）利用反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$ 7N₂+12H₂O可處理NO₂．一定條件下，將該反應設計成如圖1所示裝置，其中電極均為石墨，使用熔融金屬氧化物作電解質，寫出負極電極反應式2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；若一段時間內測得外電路中有1.2mol電子通過，則兩極共產生的氣體產物在標準狀況下的體積為7.84L．

（3）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒容密閉容器中發(fā)生下述反應：
NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），下列能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強保持不變                  b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的物質的量比保持不變      d．每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂
（4）CO可用于合成甲醇，反應方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入2molCO和2molH₂發(fā)生上述反應，5min后反應平衡，此時測得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，計算反應開始至平衡時的平均速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）；該溫度下反應的平衡常數(shù)為2.68（保留兩位小數(shù)）
（5）不同溫度CO的平衡轉化率與壓強的關系如圖2所示．該反應△H＜0（填“＞”或“＜”）．實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，依據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$得到熱化學方程式；
（2）負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生成氮氣，結合化合價的變化計算生成氣體的體積；
（3）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（4）5min后反應平衡，此時測得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），結合方程式計量關系計算v（H₂）；計算平衡時可各物質的濃度，可計算平衡常數(shù)；
（5）從橫坐標上一點，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越低轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律$\frac{①-②}{2}$得到熱化學方程式為：NO₂（g）+SO₂（g）$\stackrel{\;}{?}$SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8KJ/mol；
故答案為：-41.8；
（2）負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生成氮氣，電極方程式為2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O，反應的總方程式為6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$ 7N₂+12H₂O，反應中N元素化合價分別由+4價、-3價變化為0價，有1.2mol電子通過，由方程式可知生成0.35mol氮氣，體積為0.35mol×22.4L/mol=7.84L，
故答案為：2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；7.84；
（3）a．無論是否達到平衡，體系壓強都保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₃和NO的計量數(shù)之比為1：1，無論是否達到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．物質的量之比等于化學計量數(shù)之比，則每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
 故答案為：b；
（4）5min后反應平衡，此時測得CH₃OH的濃度為0.3mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），由方程式可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.12mol/（L•min），
起始時容積為2L的密閉容器中充入2molCO和2molH₂，即c（CO）=1mol/L、c（H₂）=1mol/L，則
平衡時c（CH₃OH）=0.3mol/L，則c（CO）=1mol/L-0.3mool/L=0.7mol/L，c（H₂）=1mol/L-2×0.3mol/L=0.4mol/L，
k=$\frac{0.3}{0.7×0．{4}^{2}}$=2.68，
故答案為：0.12mol/（L•min）； 2.68；
（5）從橫坐標上一點0.5處，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越高轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．
第二問：實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加．

點評 本題以NO₂、SO₂、CO等物質為載體，綜合考查化學平衡移動、蓋斯定律計算等問題，為高頻考點和常見題型，側重于學生綜合運用化學知識的能力的考查，題目難度中等．