Question

3．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．利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂．當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是6.72L．
（2）已知：反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是bc．
a、體系壓強(qiáng)保持不變                  b、混合氣體顏色保持不變
c、SO₂和NO的體積比保持不變           d、每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂
e、混合氣體的密度不變                f、混合氣體的平均分子量不變
測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$（或2.67）．
（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)系如圖所示．該反應(yīng)的逆反應(yīng)△H＞0（填“＞”或“＜”）．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失．

Answer 1

分析 （1）二氧化氮和水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸和NO；該反應(yīng)中N元素化合價(jià)由-3價(jià)、+4價(jià)變?yōu)?價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為24，當(dāng)轉(zhuǎn)移24mol電子時(shí)消耗二氧化氮6mol，據(jù)此計(jì)算轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗NO₂的物質(zhì)的量，結(jié)合V=nV_m計(jì)算二氧化氮體積；
（2）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；根據(jù)三行式計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）相同壓強(qiáng)下，根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T1溫度最高，升高溫度CO轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加．

解答 解：（1）二氧化氮和水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸和NO，反應(yīng)方程式為3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；該反應(yīng)中N元素化合價(jià)由-3價(jià)、+4價(jià)變?yōu)?價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為24，當(dāng)轉(zhuǎn)移24mol電子時(shí)消耗二氧化氮6mol，據(jù)此計(jì)算轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗NO₂的物質(zhì)的量=$\frac{6mol}{24mol}×1.2mol$=0.3mol，二氧化氮體積=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案為：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；6.72；
（2）a、該反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和不變，所以體系壓強(qiáng)始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；                  
b、只有二氧化氮有色，當(dāng)混合氣體顏色保持不變時(shí)，說明二氧化氮濃度不變，則正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
c、SO₂和NO的體積比保持不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
d、無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)都存在每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1molNO₂，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
e、反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此平判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；                
f、無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體質(zhì)量不變、物質(zhì)的量不變、所以混合氣體的平均分子量不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
設(shè)起始時(shí)二氧化氮體積為a、二氧化硫體積為2a，二氧化氮轉(zhuǎn)化的體積為x，
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g） 
起始物質(zhì)的體積 a      2a       0       0
轉(zhuǎn)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(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，即（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=0.8a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）．c（NO）}{c（N{O}_{2}）．c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）．（2a-x）}$=$\frac{8}{3}$（或2.67），
故答案為：bc；$\frac{8}{3}$（或2.67）；
（3）相同壓強(qiáng)下，根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T1溫度最高，升高溫度CO轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，焓變大于0，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，
故答案為：＞；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、圖象分析及氧化還原反應(yīng)，為高頻考點(diǎn)，只有反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)可逆反應(yīng)就達(dá)到平衡狀態(tài)，注意三段式法的靈活運(yùn)用，題目難度不大．