Question

SO₂和NOx在化学工业上有重要用途，也是大气污染的主要来源，开发和利用并重，预防和治理并举是当前工业上和环境保护领域研究的主要课题之一．
（1）在接触法制硫酸的过程中，发生2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂

△

2SO₃（g）△H＜0反应，某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示，根据图示回答下列问题：
①平衡状态由A到B时，平衡常数K（A）

 

K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）；
②将2.0molSO₂和1.0molO₂置于10L的密闭容器中，若40s后反应达到平衡，此时体系总压强为0.10MPa，这一段时间内SO₂的平均反应速率为

 

．该反应的平衡常数为

 

．
（2）用CH₄催化还原NOx可消除氮的氧化物的污染，例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
取标准状况下4.48LCH₄并使之完全反应：
①若将NO₂还原至N₂，整个过程中转移电子的物质的量为

 

；
②若还原NO₂和NO的混合物，放出的总热量Q的取值范围是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡常数的含义,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）①根据平衡常数只受温度的影响判断；
②由图象可知压强为0.10MPa时SO₂的为80%，计算各物质的平衡浓度，可计算反应速率和平衡常数；
（2）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用盖斯定律将

①+②

2

可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），以此计算反应热，结合元素的化合价变化计算转移的电子数．

解答： 解：（1）平衡常数只受温度的影响，温度不变，则压强不变，平衡状态由A变到B时，则k（A）=k（B），故答案为：①=；
②由图象知，体系总压强为0.10MPa时SO₂的平衡转化率为0.8，则
     2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂

△

2SO₃（g）
起始：2.0mol   1.0mol       0
转化：1.6mol   0.8mol      1.6mol
平衡：0.4mol   0.2mol      1.6mol
则v（SO₂）=

1.6mol 10L

40s

=0.0040mol?L^-1?s^-1，
则平衡时：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

(0.16)2

(0.04)2×0.02

=800，
故答案为：0.0040mol?L^-1?s^-1；800L?mol^-1；
（1）①已知①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
利用盖斯定律将

①+②

2

可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol，
n（CH₄）=

4.48L

22.4L/mol

=0.2mol，
整个过程中转移的电子总数为：0.20mol×8mol=1.60mol，
故答案为：1.6mol；
②若全部为NO，则发生CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1，放出的热量为0.2mol×1160kJ?mol^-1=232kJ，
若全部为NO₂，则发生CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，放出的热量为0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
则放出的总热量Q的取值范围是173.4kJ＜Q＜232kJ，
故答案为：173.4kJ＜Q＜232kJ．

点评：本题考查化学平衡及化学反应及能量，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高频考点，题目难度中等，本题易错点为化学平衡常数的计算，注意计算过程的把握．