Question

14．霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物（包括PM2.5在內(nèi)）、氮氧化物（NOx）、CO、SO₂等．化學在解決霧霾污染中有著重要的作用．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的有b．
a．體系密度保持不變
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1mol NO₂
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：5，則平衡常數(shù)K=1.8．
（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圖所示．實際生產(chǎn)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的轉化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟效益低．
（3）如圖是一種用NH₃脫除煙氣中NO的原理．

①該脫硝原理中，NO最終轉化為H₂O和N₂（填化學式）．
②當消耗1mol NH₃和0.5molO₂時，除去的NO在標準狀況下的體積為11.2 L．
（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一種脫硝途徑．在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同．在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時間變化曲線如右圖所示，寫出NO分解的化學方程式3NO$\stackrel{高壓}{?}$N₂O+NO₂．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律計算反應熱，得到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)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(zhì)的濃度，可K=$\frac{C（SO{\;}_{3}）C（NO）}{c（NO{\;}_{2}）C（SO{\;}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
（2）實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，據(jù)此分析；
（3）①由圖3可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水；
②根據(jù)氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量計算；
（4）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據(jù)原子守恒判斷產(chǎn)物書寫方程式．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
將方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6kJ•mol{\;}^{-1}-（-113.0kJ•mol{\;}^{-1}）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．隨反應：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進行，氣體的質(zhì)量和體積都不變，所以ρ=$\frac{m}{V}$也不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應進行，SO₃和NO都是生成物，所以體積比一直等于系數(shù)比，所以SO₃和NO的體積比保持不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．每生成1molSO₃的同時消耗1molNO₂都表示正反應速率，反應自始至終都按此比例進行，故d錯誤；
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a      2a       0       0
轉化物質(zhì)的體積 x      x        x        x
平衡物質(zhì)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）=1：5，故x=$\frac{3}{4}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{C（SO{\;}_{3}）C（NO）}{c（NO{\;}_{2}）C（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{x{\;}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{9}{16}}{\frac{1}{4}×\frac{5}{4}}$=1.8，
故答案為：-41.8；b；1.8；
（2）實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)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1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟效益低；
（3）①由圖3可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水，所以NO最終轉化為N₂和H₂O，故答案為：N₂；
②氧氣、一氧化氮和氨氣反應生成氮氣和水，反應中氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量，1molNH₃轉化為N₂失去3mol電子，0.5molO₂得到2mol電子，則NO轉化為N₂得到的電子為1mol，所以NO的物質(zhì)的量為0.5mol，其體積為22.4L/mol×0.5mol=11.2L，故答案為：11.2；
（4）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應方程式為：3NO=Y+Z，根據(jù)原子守恒可知為N₂O、NO₂，所以方程式為3NO$\stackrel{高壓}{?}$ N₂O+NO₂，故答案為：3NO$\stackrel{高壓}{?}$ N₂O+NO₂．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計算、氧化還原反應化學方程式的書寫及其計算、圖象的分析與應用等，考查了學生的分析能力以及對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．