Question

7．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）已知NaHSO₃溶液呈酸性，若4.48L（標準狀況下）SO₂被100mL2mol•L^-1燒堿溶液吸收，所得溶液中離子濃度大小順序為c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；．
利用反應6NO₂+8NH₃$?_{△}^{催化劑}$7N₂+12H₂O可處理NO₂．當轉移1.2mol電子時，消耗的NH₃在標準狀況下是8.96L．
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=-113.0kJ•mol^-1
則反應③NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H₃=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：3置于1L的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a、d．
a．混合氣體顏色保持不變
b．混合氣體密度保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變
d．每消耗1mol SO₃的同時消耗1mol NO₂
（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℃、1.3×10⁴
kPa左右，選擇此壓強的理由是在250℃、1.3×10⁴ kPa的溫度和壓強下，CO的轉化率已經達到90%以上，再需要提高壓強會增加設備的強度，影響生產成本．

Answer 1

分析 （1）4.48L（標準狀況下）SO₂的物質的量為：$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，而100mL2mol•L^-1燒堿溶液中氫氧化鈉的物質的量為：0.1L×2mol/L=0.2mol，由反應SO₂+NaOH=NaHSO₃可知，兩者恰好完全反應生成亞硫酸氫鈉溶液，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HS的電離程度大于其水解程度，由此分析解答；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）從橫坐標上一點，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越低轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．

解答 解：（1）4.48L（標準狀況下）SO₂的物質的量為：$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，而100mL2mol•L^-1燒堿溶液中氫氧化鈉的物質的量為：0.1L×2mol/L=0.2mol，由反應SO₂+NaOH=NaHSO₃可知，兩者恰好完全反應生成亞硫酸氫鈉溶液，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HS的電離程度大于其水解程度，故溶液中離子濃度大小為c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），反應6NO₂+8NH₃?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NH₃0.4mol，體積為8.96L，
故答案為：c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）； 8.96；
（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．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達到平衡狀態，故正確；
b．混合氣體密度始終保持不變，故錯誤；
c．SO₃和NO的體積比保持不變，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，故錯誤；
d．每消耗1mol SO₃等效于生成1mol NO₂同時消耗1mol NO₂，達到平衡狀態，故正確；
故答案為：-41.8； a、d；
（3）從橫坐標上一點0.5處，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越高轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．
第二問：實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業生產要考慮速經濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：＜；在250℃、1.3×10⁴ kPa的溫度和壓強下，CO的轉化率已經達到90%以上，再需要提高壓強會增加設備的強度，影響生產成本．

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．