Question

17．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（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
则反应：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
（2）利用反应6NO₂+8NH₃$?_{加热}^{催化剂}$ 7N₂+12H₂O可处理NO₂．一定条件下，将该反应设计成如图1所示装置，其中电极均为石墨，使用熔融金属氧化物作电解质，写出负极电极反应式2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；若一段时间内测得外电路中有1.2mol电子通过，则两极共产生的气体产物在标准状况下的体积为7.84L．

（3）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于恒容密闭容器中发生下述反应：
NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），下列能说明该反应达到平衡状态的是b．
a．体系压强保持不变                  b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的物质的量比保持不变      d．每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂
（4）CO可用于合成甲醇，反应方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．一定温度下，向容积为2L的密闭容器中充入2molCO和2molH₂发生上述反应，5min后反应平衡，此时测得CH₃OH的浓度为0.3mol/L，计算反应开始至平衡时的平均速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）；该温度下反应的平衡常数为2.68（保留两位小数）
（5）不同温度CO的平衡转化率与压强的关系如图2所示．该反应△H＜0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，依据盖斯定律$\frac{①-②}{2}$得到热化学方程式；
（2）负极发生氧化反应，氨气被氧化生成氮气，结合化合价的变化计算生成气体的体积；
（3）达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变；
（4）5min后反应平衡，此时测得CH₃OH的浓度为0.3mol/L，则v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），结合方程式计量关系计算v（H₂）；计算平衡时可各物质的浓度，可计算平衡常数；
（5）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）$\stackrel{\;}{?}$2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
依据盖斯定律$\frac{①-②}{2}$得到热化学方程式为：NO₂（g）+SO₂（g）$\stackrel{\;}{?}$SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8KJ/mol；
故答案为：-41.8；
（2）负极发生氧化反应，氨气被氧化生成氮气，电极方程式为2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O，反应的总方程式为6NO₂+8NH₃$?_{加热}^{催化剂}$ 7N₂+12H₂O，反应中N元素化合价分别由+4价、-3价变化为0价，有1.2mol电子通过，由方程式可知生成0.35mol氮气，体积为0.35mol×22.4L/mol=7.84L，
故答案为：2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；7.84；
（3）a．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故b正确；
c．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故c错误；
d．物质的量之比等于化学计量数之比，则每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂，不能判断是否达到平衡状态，故d错误．
 故答案为：b；
（4）5min后反应平衡，此时测得CH₃OH的浓度为0.3mol/L，则v（CH₃OH）=$\frac{0.3mol/L}{5min}$=0.06mol/（L•min），由方程式可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.12mol/（L•min），
起始时容积为2L的密闭容器中充入2molCO和2molH₂，即c（CO）=1mol/L、c（H₂）=1mol/L，则
平衡时c（CH₃OH）=0.3mol/L，则c（CO）=1mol/L-0.3mool/L=0.7mol/L，c（H₂）=1mol/L-2×0.3mol/L=0.4mol/L，
k=$\frac{0.3}{0.7×0．{4}^{2}}$=2.68，
故答案为：0.12mol/（L•min）； 2.68；
（5）从横坐标上一点0.5处，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越高转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．
第二问：实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．
故答案为：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加．

点评 本题以NO₂、SO₂、CO等物质为载体，综合考查化学平衡移动、盖斯定律计算等问题，为高频考点和常见题型，侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查，题目难度中等．