Question

10．霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物（包括PM2.5在內(nèi)）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．化學(xué)在解決霧霾污染中有著重要的作用．
（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）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有bc．
a．體系密度保持不變            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1mol SO₃的同時(shí)生成1mol NO₂
測得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：5，則平衡常數(shù)K=1.8．
（2）CO、CO₂都可用于合成甲醇．
①CO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1所示．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是此壓強(qiáng)下CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率提高不大且會(huì)增加生產(chǎn)成本．
②CO₂用于合成甲醇反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖2是科學(xué)家現(xiàn)正研發(fā)的，以實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行的裝置．寫出甲槽的電極反應(yīng)CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+H₂O．
（3）圖3是一種用NH₃脫除煙氣中NO的原理．
①該脫硝原理中，NO最終轉(zhuǎn)化為H₂O和N₂（填化學(xué)式）．
②當(dāng)消耗2mol NH₃和0.5molO₂時(shí)，除去的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為44.8L．
（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一種脫硝途徑．在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同．在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線如圖4所示，寫出NO分解的化學(xué)方程式3NO $\frac{\underline{\;高壓\;}}{\;}$N₂O+NO₂．

Answer 1

分析 （1）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，計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可K=$\frac{C（S{O}_{3}）C（NO）}{C（N{O}_{2}）C（S{O}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（2）①實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，據(jù)此分析；
②甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，據(jù)此書寫反應(yīng)式；
（3）①由圖3可知反應(yīng)物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮?dú)夂退��?br />②根據(jù)氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量計(jì)算；
（4）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據(jù)原子守恒判斷產(chǎn)物書寫方程式．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
將方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6KJ/mol-（-113.0KJ/mol）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．隨反應(yīng)：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進(jìn)行，氣體的質(zhì)量和體積都不變，所以ρ=$\frac{m}{V}$也不變，不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₂是反應(yīng)物，NO是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行，SO₂和NO的體積比保持不變，說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．每生成1molSO₃的同時(shí)消耗1molNO₂都表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)自始至終都按此比例進(jìn)行，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）=1：5，故x=$\frac{3}{4}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{C（S{O}_{3}）C（NO）}{C（N{O}_{2}）C（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{9}{16}}{\frac{1}{4}×\frac{5}{4}}$=1.8，
故答案為：-41.8；bc；1.8；
（2）①實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低，
故答案為：此壓強(qiáng)下CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率提高不大且會(huì)增加生產(chǎn)成本；
②根據(jù)圖2，甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，反應(yīng)式為CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O；
（3）①由圖3可知反應(yīng)物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮?dú)夂退�，所以NO最終轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O，
故答案為：N₂；
②氧氣、一氧化氮和氨氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，反�?yīng)中氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量，2molNH₃轉(zhuǎn)化為N₂失去6mol電子，0.5molO₂得到2mol電子，則NO轉(zhuǎn)化為N₂得到的電子為2mol，所以NO的物質(zhì)的量為$\frac{6-2}{2}$=2mol，其體積為22.4L/mol×2mol=44.8L，
故答案為：44.8L；
（4）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應(yīng)方程式為：3NO=Y+Z，根據(jù)原子守恒可知為N₂O、NO₂，所以方程式為3NO $\frac{\underline{\;高壓\;}}{\;}$N₂O+NO₂，
故答案為：3NO $\frac{\underline{\;高壓\;}}{\;}$N₂O+NO₂．

點(diǎn)評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式的書寫及其計(jì)算、圖象的分析與應(yīng)用等，考查了學(xué)生的分析能力以及對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．