Question

9．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 $?_{△}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂．當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是6.72L．
（2）已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol；
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ/mol；
①則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H 的△H=-41.8 kJ/mol．
②一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是B．
A．體系壓強(qiáng)保持不變               B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₃和N的體積比保持不變      D．每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1mol NO₂
③測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂的體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\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）△H．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℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由在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．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化合價(jià)的變化結(jié)合方程式計(jì)算；
（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，計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．

解答 解：（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，反應(yīng)6NO₂+8NH₃ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合價(jià)降低，由+4價(jià)降低到0價(jià)，則6molNO₂參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移24mol電子，所以當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗NO₂0.3mol，體積為6.72L，
故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，6.72；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將①×$\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}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
a．無(wú)論是否達(dá)到平衡，體系壓強(qiáng)都保持不變，不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說(shuō)明濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₃和NO的計(jì)量數(shù)之比為1：1，無(wú)論是否達(dá)到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
            NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a      2a       0       0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x      x        x        x
平衡物質(zhì)的體積 a-x   2a-x      x        x
平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{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}$，
故答案為：-41.8；B；$\frac{8}{3}$．
（3）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．
第二問(wèn)：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，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大．
故答案為：＜；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．

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)、蓋斯定律以及平衡常數(shù)的計(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．