Question

8．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，相應的化學反應方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
利用反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂．當轉移1.2mol電子時，消耗的NO₂在標準狀況下是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8 kJ•mol^-1
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是B
A．體系壓強保持不變              B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₂和NO的體積比保持不變      D．每消耗1molSO₃的同時生成1mol NO₂
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數K=$\frac{8}{3}$
（3）CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示．該反應△H＜0（填“＞”或“＜”）實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加得不償失．

Answer 1

分析 （1）NO₂可用水吸收發生的化學反應是二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，根據化合價的變化結合方程式計算；
（2）利用蓋斯定律計算反應熱，得到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，計算平衡時各物質的濃度，可計算平衡常數；
（3）利用化學平衡的影響因素和工業生產的關系來分析．

解答 解：（1）二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，反應的化學方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，反應6NO₂+8NH₃$\frac{\underline{催化劑}}{△}$7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合價降低，由+4價降低到0價，則6molNO₂參加反應，轉移24mol電子，所以當轉移1.2mol電子時，消耗NO₂0.3mol，體積為6.72L，
故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，6.72；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將①×$\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}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
A．無論是否達到平衡，體系壓強都保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態，故A錯誤；
B．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達到平衡狀態，故B正確；
C．SO₃和NO的計量數之比為1：1，無論是否達到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達到平衡狀態，故C錯誤；
D．物質的量之比等于化學計量數之比，則每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂，不能判斷是否達到平衡狀態，故D錯誤．
            NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質的體積 a      2a       0       0
轉化物質的體積 x      x        x        x
平衡物質的體積 a-x   2a-x      x        x
平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\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）由圖可知，溫度升高，CO的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，故逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，△H＜0；壓強大，有利于加快反應速率，有利于使平衡正向移動，但壓強過大，需要的動力大，對設備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因為在250℃、壓強為1.3×10⁴ kPa時，CO的轉化率已較大，再增大壓強，CO的轉化率變化不大，沒有必要再增大壓強．
故答案為：＜，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加得不償失．

點評 本題以NO₂、SO₂、CO等物質為載體，綜合考查化學平衡移動、蓋斯定律以及平衡常數的計算等問題，側重于學生綜合運用化學知識的能力的考查，題目難度中等．