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(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃．
（2）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(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•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(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強(qiáng)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(shí)生成1mol NO₂
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1示．該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）． 工業(yè)上實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，不選擇更高壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失．
（4）將CH₄轉(zhuǎn)化成CO，工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，其反應(yīng)原理為：
CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H=-519kJ/mol．工業(yè)上要選擇合適的催化劑，分別對(duì)X、Y、Z三種催化劑進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
①X在750℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
②Y在600℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
③Z在440℃時(shí)催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×10⁶倍；
根據(jù)上述信息，你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑是Z（填“X”或“Y”或“Z”），選擇的理由是催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低．
（5）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的坐標(biāo)圖中如圖2畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注．

Answer 1

分析 （1）NO₂可用水吸收，生成硝酸和一氧化氮；
（2）利用蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱，利用蓋斯定律將①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)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；
（3）利用化學(xué)平衡的影響因素和工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系來分析；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低；
（5）使用催化劑降低活化能，不影響反應(yīng)熱．

解答 解：（1）NO₂可用水吸收，生成硝酸和一氧化氮，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃，
故答案為：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；
（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(dá)到平衡，體系壓強(qiáng)都保持不變，不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₃和NO的計(jì)量數(shù)之比為1：1，無論是否達(dá)到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
 故答案為：-41.8；b；   
（3）由圖可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；壓強(qiáng)大，有利于加快反應(yīng)速率，有利于使平衡正向移動(dòng)，但壓強(qiáng)過大，需要的動(dòng)力大，對(duì)設(shè)備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因?yàn)樵?50℃、壓強(qiáng)為1.3×10⁴ kPa時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率已較大，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率變化不大，沒有必要再增大壓強(qiáng)．
故答案為：＜，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失．
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低，故選擇Z，
故答案為：Z；催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低；
（5）使用催化劑降低活化能，不影響反應(yīng)熱，在有催化劑情況下反應(yīng)過程中體系能量變化曲線如圖：
，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、反應(yīng)中能量變化等，難度中等，注意理解掌握平衡常數(shù)的用途．