Question

13．二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(xué)當(dāng)前的重要研究?jī)?nèi)容之一．
（1）硫酸生產(chǎn)中，SO₂催化氧化生成SO₃：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）．某溫度下，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖1所示．根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題：

①將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0，.10MPa．該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于800．
②平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，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=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為1.60N_A（阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示），放出的熱量為173.4kJ．
（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(jīng)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(zhuǎn)化流程如圖2所示：
請(qǐng)寫(xiě)出MFe₂O_x分解SO₂的化學(xué)方程式MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S（不必配平）．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法計(jì)算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算，溫度不變，則平衡常數(shù)K不變；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），以此計(jì)算反應(yīng)熱，結(jié)合元素的化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（3）從氧化還原反應(yīng)的角度判斷反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)而寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)的方程式．

解答 解：（1）①由圖象知，體系總壓強(qiáng)為0.10MPa時(shí)SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，則
      2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）
起始：2.0mol    1.0mol       0
轉(zhuǎn)化：1.6mol    0.8mol    1.6mol
平衡：0.4mol    0.2mol    1.6mol
則平衡時(shí)：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{（0.16）^{2}}{（0.04）^{2}×0.02}$=800，
故答案為：800；
②平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，則壓強(qiáng)不變，平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，則k（A）=k（B），
故答案為：=；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為：0.20mol×8N_A=1.60N_A，
放出的熱量為：0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
故答案為：1.60N_A；173.4；
（3）由題意可知，鐵酸鹽（MFe₂O₄）經(jīng)高溫還原而得，則反應(yīng)物中MFe₂O_x為還原劑，SO₂為氧化劑，生成物為MFe₂O₄和S，則反應(yīng)的關(guān)系式為MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S，
故答案為：MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡及化學(xué)反應(yīng)及能量，題目難度中等，本題易錯(cuò)點(diǎn)為化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，注意計(jì)算過(guò)程的把握，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．