Question

4．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）NO₂可用水吸收，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂，當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BC（填字母）
A．體系壓強(qiáng)保持不變               B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₂和NO的體積比保持不變      D．每消耗1molSO₃的同時(shí)生成1mol NO₂
測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\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）根據(jù)物質(zhì)與水的反應(yīng)物與生成物來(lái)書寫化學(xué)反應(yīng)方程式，再利用氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移計(jì)算，然后計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積；
（2）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，得到平衡狀態(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；平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$；
（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(lái)分析，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(dòng)，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(dòng)，但壓強(qiáng)過(guò)大，需要的動(dòng)力大，對(duì)設(shè)備的要求也高．

解答 解：（1）NO₂與H₂O反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O，當(dāng)反應(yīng)中有1 mol NO₂參加反應(yīng)時(shí)，共轉(zhuǎn)移了4 mol電子，故轉(zhuǎn)移12mol電子時(shí)，消耗的NO₂為12÷4×22.4L=67.2L，
故答案為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；67.2；
（2）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，
A．無(wú)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(shuō)明濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．SO₂和NO的體積比保持不變，說(shuō)明一氧化氮消耗和二氧化硫消耗相同，在化學(xué)方程式定量關(guān)系可知，證明反應(yīng)正逆反應(yīng)速率相同，能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
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，反應(yīng)逆向進(jìn)行不能判斷是否達(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$\frac{a-x}{2a-x}$=1；6，故x=$\frac{4}{5}$a，
故平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{（\frac{4}{5}a）^{2}}{（a-\frac{4}{5}a）（2a-\frac{4}{5}a）}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：-41.8，BC； $\frac{8}{3}$；
（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(dòng)，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(dòng)，但壓強(qiáng)過(guò)大，需要的動(dòng)力大，對(duì)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(méi)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(píng) 本題以NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)、蓋斯定律以計(jì)算等問(wèn)題，側(cè)重于學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力的考查，題目難度中等．