Question

9．某烟道气的主要成分是CO₂，并含有少量硫氧化物、氮氧化物等杂质．其中的硫元素可在高温下通过CH₄的作用回收，主要反应如下：2SO₂（g）+CH₄（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）+S₂（g）+Q（Q＞0）
（1）以mol/（L•min）为单位，SO₂的反应速率是S₂生成速率的2倍．
（2）恒容条件下，不能说明该反应已经达到平衡状态的是b（选填编号）
a．混合气体中水蒸气含量不再变化                           b．混合气体密度不发生变化
c．容器内压强不再变化                                               d．混合物平均相对分子质量不再变化
达到平衡后升高体系温度，则平衡常数K增大（填“增大”、“减小”、或“不变”）．
（3）请在下式中标出上述反应中电子转移的方向和数目：2SO₂（g）+CH₄（g）?…
该反应的氧化产物是CO₂．SO₂的主要性质除氧化性、漂白性外还有还原性和
酸性氧化物性．
（4）该反应混合物中有两种极性分子，分别是SO₂和H₂O；固态硫的分子式可能是S₈，它与S₂互为同素异形体．
（5）烟道气中的NO₂也能与CH₄反应并生成无害气体，完全转化3.0molNO₂气体时，需要甲烷的物质的量为1.5mol．

Answer 1

分析 （1）根据反应方程式分析，每消耗2molSO₂，生成1molS₂（g）；
（2）恒容条件下，已知反应为2SO₂（g）+CH₄（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）+S₂（g）+Q（Q＞0），反应为放热反应，随着反应进行，气体分子数增加，气体压强增大，据此判断；
（3）反应为氧化还原反应，SO₂做氧化剂，CH₄做还原剂，根据电子转移分析，氧化产物是CO₂，SO₂的主要性质除氧化性、漂白性外还有还原性和酸性氧化物性；
（4）反应混合物中有两种极性分子，极性分子是指分子中正负电荷中心不重合的分子，固态硫的分子式可能是S₈，和S₂均为单质，含有相同元素；
（5）烟道气中的NO₂也能与CH₄反应并生成无害气体，可判断为CO₂和H₂O和N₂，据此写出反应的方程式，根据方程式计算．

解答 解：（1）根据反应方程式分析，每消耗2molSO₂，生成1molS₂（g），则SO₂的反应速率是S₂生成速率的2倍，
故答案为：2；
（2）恒容条件下，已知反应为2SO₂（g）+CH₄（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）+S₂（g）+Q（Q＞0），反应为放热反应，随着反应进行，气体分子数增加，气体压强增大，
a．混合气体中水蒸气含量不再变化，能说明化学反应是否达到平衡，故a不选；
b．混合气体密度为$ρ=\frac{{m}_{气}}{{V}_{容器}}$，反应均为气体的反应，气体总质量反应前后质量守恒，保持不变，恒容容器体积不发生改变，则整个反应达到化学平衡前后，混合气体的密度都不变，不能根据密度说明化学反应是否达到平衡，故b选；
c．随着反应进行，气体分子数增加，气体压强增大，当容器内压强不再变化时，可以说明化学反应是否达到平衡，故c不选；
d．混合物平均相对分子质量为$\overline{{M}_{r}}$=$\frac{{m}_{气}}{{n}_{气}}$，反应前后质量守恒，混合气体总质量不变，随着反应进行，混合气体的物质的量发生改变，当混合物平均相对分子质量不再变化时，可以说明反应是否达到平衡，故d选；
反应为放热反应，达到平衡后升高体系温度，化学反应正反趋势增大，则则平衡常数K增大，
故答案为：b；增大；
（3）反应为氧化还原反应，SO₂做氧化剂，CH₄做还原剂，标出上述反应中电子转移的方向和数目为，
氧化产物是CO₂，SO₂的主要性质除氧化性、漂白性外还有还原性和酸性氧化物的性质，
故答案为：；CO₂；还原；酸性氧化物；
（4）反应混合物中有两种极性分子，极性分子是指分子中正负电荷中心不重合的分子，则分别是SO₂和H₂O，固态硫的分子式可能是S₈，它与S₂互为同素异形体，
故答案为：SO₂；H₂O；同素异形体；
（5）烟道气中的NO₂也能与CH₄反应并生成无害气体，可判断为CO₂和H₂O和N₂，反应的化学方程式为：2NO₂+CH₄═CO₂+N₂+2H₂O，完全转化3.0molNO₂气体时，根据反应方程式计算，则需要甲烷的物质的量为1.5mol，
故答案为：1.5．

点评 本题考查化学平衡的相关知识，化学平衡的判断，氧化还原反应中电子的转移，极性分子的知识，SO₂的性质，根据反应方程式的简单计算，为综合题型，题目难度不大，是基础题．