Question

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）NO₂可用水吸收，也可用NH₃处理，也可用CH4催化还原NOx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-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol-1
若用标准状况下2.24L CH4还原NO₂至N₂整个过程中转移的电子总数为

 

（阿伏加德罗常数的值用NA表示），放出的热量为

 

kJ．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂 .

△

 2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol-1  2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ?mol-1
（ⅰ）则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=

 

kJ?mol-1．
（ⅱ）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是

 

．
A．每消耗1molSO₃的同时生成1molNO₂     B．体系压强保持不变
C．混合气体颜色保持不变                   D．SO₃和NO的体积比保持不变
（ⅲ）某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图1所示．
平衡状态由A变到B时．平衡常数K（A）

 

K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）

（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考点：氧化还原反应的电子转移数目计算,有关反应热的计算,反应热和焓变,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）反应中CH₄发生氧化反应生成CO₂，结合碳元素化合价变化计算转移电子数目；根据盖斯定律写出CH₄还原NO₂至N₂的热化学方程式，据此计算放出的热量；
（2）（i）根据盖斯定律计算反应热；
（ii）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
（iii）由A到B状态改变压强，温度不变，而平衡常数只受温度影响；
（3）由图可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，结合温度对平衡移动影响解答．

解答： 解：（1）2.24L CH₄的物质的量=

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，反应中CH₄发生氧化反应生成CO₂，碳元素化合价由-4价升高为+4，故转移电子数目=0.1mol×[4-（-4）]×N_Amol^-1=0.8N_A；
由①、CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②、CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
根据盖斯定律，

1

2

×（①+②）可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1-1160kJ?mol^-1）=867kJ?mol^-1，故2.24LCH₄还原NO₂至N₂放出的热量为0.1mol×867kJ?mol^-1=86.7kJ，
故答案为：0.8N_A；86.7kJ；
（2）（i）已知：①、2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂 .

△

 2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
 ②、2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ?mol^-1
根据盖斯定律，

1

2

×（①-②）可得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），则△H=

1

2

×[-196.6kJ?mol^-1-（-113.0kJ?mol^-1）]=-41.8kJ?mol^-1，
故答案为：-41.8；
（ⅱ）发生反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状
A．每消耗1molSO₃的同时生成1molNO₂，都表示逆反应速率，反应始终按此关系进行，故A错误； 
B．反应前后气体的物质的量不变，体系压强始终保持不变，故B错误；
C．只有二氧化氮有颜色，混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，说明到达平衡状态，故C正确；
D．开始只有NO₂与SO₂反应建立平衡，SO₃和NO的化学计量数之比为1：1，二者的体积比始终为1：1，故D错误，
故答案为：C；
（iii）平衡常数只受温度影响由A到B状态改变压强，温度不变，故平衡常数不变，即K（A）=K（B），故答案为：=；
（3）由图可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即逆反应方向是吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜．

点评：本题较综合，涉及氧化还原反应计算、反应热的有关计算、平衡状态的判断、平衡常数、化学平衡图象及影响因素等，难度中等，注意平衡状态判断中选择的物理量应随反应变化，该物理量由变化到不变化，说明到达平衡．