Question

6．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（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NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）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．SO₃和NO的體積比保持不變   d．每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數K=$\frac{8}{3}$．
（2）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下圖所示．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）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；
（2）利用三段法計算平衡時的濃度來計算化學平衡常數；
（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）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．
 故答案為：b；
（2）設加入的二氧化氮的物質的量為a，則二氧化硫的為2a，
                    NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
  起始物質的量      1a       2a         0      0
轉化物質的量         x        x         x      x
平衡物質的量        a-x     2a-x        x      x
則（a-x）：（2a-x）=1：6，x=$\frac{4a}{5}$，則平衡時，C（ NO₂）=$\frac{a-x}{V}$mol/L=$\frac{a}{5V}$，C（SO₂）=$\frac{2a-x}{V}$=$\frac{6a}{5V}$，
C（SO₃）=C（NO）=$\frac{4a}{5V}$，平衡常數K=$\frac{\frac{4a}{5V}•\frac{4a}{5V}}{\frac{a}{5V}•\frac{6a}{5V}}$=$\frac{8}{3}$，故答案為：a$\frac{8}{3}$；
（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 該題將元素化合物與化學平衡等知識柔和在一起進行考察，充分體現了高考的綜合性，第（3）容易出錯，需認真分析圖象，注意圖象的變化趨勢及縱橫坐標的含義，從而得出正確結論．