Question

9．2013年，“霧霾”成為年度關鍵詞．近年來，對“霧霾”的防護與治理成為越來越重要的環境問題和社會問題．霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成．
（1）機動車的尾氣是霧霾形成的原因之一，近幾年有人提出利用選擇性催化劑利用汽油中揮發出來的C₃H₆催化還原尾氣中的NO氣體，請寫出該過程的化學方程式：2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂
（2）我國北方到了冬季燒煤供暖所產生的廢氣也是霧霾的主要來源之一．經研究發現將煤炭在O₂/CO₂的氣氛下燃燒，發現能夠降低燃煤時NO的排放，主要反應為：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H
若①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②CO（g）?C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=+110.5kJ•mol^-1
③C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
則△H=-746.5kJ•mol^-1．
（3）燃煤尾氣中的SO₂用NaOH溶液吸收形成NaHSO₃溶液，在pH為4～7之間時電解，硫元素在鉛陰極上被電解還原為Na₂S₂O₄．Na₂S₂O₄俗稱保險粉，廣泛應用于染料、印染、造紙、食品工業以及醫學上．這種技術是最初的電化學脫硫技術之一．請寫出該電解反應中陰極的電極方程式：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O
（4）SO₂經過凈化后與空氣混合進行催化氧化后制取硫酸或者硫酸銨，其中SO₂發生催化氧化的反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）．若在T₁℃、0.1MPa條件下，往一密閉容器通入SO₂和O₂（其中n（SO₂）：n（O₂）=2：1），測得容器內總壓強與反應時間如圖所示：
①該反應的化學平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$
②圖中A點時，SO₂的轉化率為45%
③計算SO₂催化氧化反應在圖中B點的壓強平衡常數K=24300 （Mpa）^-1（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）
④若在T₂℃，其他條件不變的情況下測得壓強的變化曲線如圖所示，則T₁＜T₂（填“＞”、“＜”、“=”）；其中C點的正反應速率v_c（正）與A點的逆反應速率v_A（逆）的大小關系為v_c（正）＞v_A逆） （填“＞”、“＜”、“=”）．

Answer 1

分析 （1）C₃H₆催化還原尾氣中的NO氣體，可以得到無毒的氣體氮氣和二氧化碳；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據此計算反應的焓變；
（3）電解反應中陰極上發生得電子的還原反應，根據反應原理來回答書寫；
（4）①反應平衡常數K=$\frac{產物平衡濃度系數次冪之積}{反應物平衡濃度系數次冪之積}$；
②結合化學三行計算列式，依據圖中A點時，氣體物質的量0.085，依據開始和A點氣體物質的量之比列式計算，轉化率=$\frac{變化量}{起始量}$×100%；
③圖中B點，依據化學三行列式計算用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數計算SO₂催化氧化反應在圖中B點的壓強平衡常數；
④先拐先平溫度高，達到平衡所需時間短，溫度越高反應速率越大．

解答 解：（1）C₃H₆催化還原尾氣中的NO氣體，可以得到無毒的氣體氮氣和二氧化碳，即2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂；故答案為：2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂；
（2））②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應的焓變=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，故答案為：-746.5kJ•mol^-1；
（3）電解反應中陰極上發生得電子的還原反應，2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃，反應的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；
②依據化學三行列式計算，設氧氣消耗物質的量為x，
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a       a         0
變化量（mol） 2x       x        2x
平衡量（mol）2a-2x     a-x      2x
圖中A點時，氣體物質的量0.085，則$\frac{2a-2x+a-x+2x}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$，x=0.45a
SO₂的轉化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案為：45%；
③圖中B點，依據化學三行列式計算，設氧氣消耗物質的量為y，
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a     a         0
變化量（mol） 2y     y         2y
平衡量（mol）2a-2y    a-y      2y
B點氣體物質的量為 0.007，則$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$，y=0.9a，
平衡常數K=（$\frac{（0.007×\frac{1.8}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×（0.007×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}）}$）=24300（MPa）^-1，
故答案為：24300（MPa）^-1；
④圖象分析可知，先拐先平溫度高則T₁＜T₂，C點是平衡狀態，A點反應未達到平衡狀態，其中C點的正反應速率v_C（正）與A點的逆反應速率v_A（逆）的大小關系為v_C（正）＞v_A（逆）
故答案為：＜，＞．

點評 本題考查了化學平衡、化學反應速率影響因素的分析應用，圖象變化和數值的計算是解題關鍵，題目難度中等．