Question

20．SO₂和NO_x在化學工業上有重要用途，也是大氣污染的主要來源，開發和利用并重，預防和治理并舉是當前工業上和環境保護領域研究的主要課題之一．
（1）在接觸法制硫酸的過程中，發生2SO₂（g）+O₂（g） $?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）△H＜0反應，某溫度下，SO₂的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如圖所示，根據圖示回答下列問題：
①平衡狀態由A到B時，平衡常數K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）；
②將2.0molSO₂和1.0molO₂置于10L的密閉容器中，若40s后反應達到平衡，此時體系總壓強為0.10MPa，這一段時間內SO₂的平均反應速率為0.0040mol•L^-1•s^-1．該反應的平衡常數為800L•mol^-1．
（2）用CH₄催化還原NO_x可消除氮的氧化物的污染，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
取標準狀況下4.48LCH₄并使之完全反應：
①若將NO₂還原至N₂，整個過程中轉移電子的物質的量為1.6mol；
②若還原NO₂和NO的混合物，放出的總熱量Q的取值范圍是173.4kJ＜Q＜232kJ．

Answer 1

分析 （1）①根據平衡常數只受溫度的影響判斷；
②由圖象可知壓強為0.10MPa時SO₂的為80%，根據三段式計算各物質的平衡濃度，再計算反應速率和平衡常數；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據蓋斯定律$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），以此計算反應熱，結合元素的化合價變化計算轉移的電子數．

解答 解：（1）①平衡常數只受溫度的影響，平衡狀態由A變到B時，溫度沒改變，則k（A）=k（B）；
故答案為：=；
②由圖象知，體系總壓強為0.10MPa時SO₂的平衡轉化率為0.8，根據三段式：
             2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）
起始量：2.0mol      1.0mol                 0
轉化量：1.6mol      0.8mol             1.6mol
平衡量：0.4mol      0.2mol             1.6mol
則這一段時間內SO₂的平均反應速率為$\frac{1.6mol÷10L}{40s}$=0.0040mol•L^-1•s^-1；該反應的平衡常數為K=$\frac{（1.6mol÷10L）^{2}}{（0.4mol÷10L）^{2}×（0.2mol÷10L）}$=800L•mol^-1；
故答案為：0.0040mol•L^-1•s^-1；800L•mol^-1；
（2）①已知：ⅠCH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
ⅡCH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據蓋斯定律（Ⅰ+Ⅱ）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol，取標準狀況下4.48LCH₄完全反應，則n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
則整個過程中轉移的電子總數為：0.20mol×8mol=1.60mol；
故答案為：1.6mol；
②若全部為NO，則發生CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1，放出的熱量為0.2mol×1160kJ•mol^-1=232kJ，
若全部為NO₂，則發生CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，放出的熱量為0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
則放出的總熱量Q的取值范圍是173.4kJ＜Q＜232kJ；
故答案為：173.4kJ＜Q＜232kJ．

點評 本題考查化學平衡及化學反應及能量，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高頻考點，題目難度中等，本題易錯點為化學平衡常數的計算，注意計算過程的把握．