Question

8．研究NO₂、SO₂．CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）NO₂可用水吸收，相应的化学反应方程式为3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
利用反应6NO₂+8NH₃$?_{加热}^{催化剂}$7N₂+12H₂O也可处理NO₂．当转移1.2mol电子时，消耗的NO₂在标准状况下是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8 kJ•mol^-1
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是B
A．体系压强保持不变              B．混合气体颜色保持不变
C．SO₂和NO的体积比保持不变      D．每消耗1molSO₃的同时生成1mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\frac{8}{3}$
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示．该反应△H＜0（填“＞”或“＜”）实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失．

Answer 1

分析 （1）NO₂可用水吸收发生的化学反应是二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，根据化合价的变化结合方程式计算；
（2）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，计算平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
（3）利用化学平衡的影响因素和工业生产的关系来分析．

解答 解：（1）二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，反应的化学方程式为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，反应6NO₂+8NH₃$\frac{\underline{催化剂}}{△}$7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合价降低，由+4价降低到0价，则6molNO₂参加反应，转移24mol电子，所以当转移1.2mol电子时，消耗NO₂0.3mol，体积为6.72L，
故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，6.72；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律将①×$\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}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
A．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故A错误；
B．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故B正确；
C．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；
D．物质的量之比等于化学计量数之比，则每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂，不能判断是否达到平衡状态，故D错误．
            NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 a      2a       0       0
转化物质的体积 x      x        x        x
平衡物质的体积 a-x   2a-x      x        x
平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{16}{25}{a}^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，
故答案为：-41.8；B；$\frac{8}{3}$；
（3）由图可知，温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H＜0；压强大，有利于加快反应速率，有利于使平衡正向移动，但压强过大，需要的动力大，对设备的要求也高，故选择250℃、1.3×104kPa左右的条件．因为在250℃、压强为1.3×10⁴ kPa时，CO的转化率已较大，再增大压强，CO的转化率变化不大，没有必要再增大压强．
故答案为：＜，在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失．

点评 本题以NO₂、SO₂、CO等物质为载体，综合考查化学平衡移动、盖斯定律以及平衡常数的计算等问题，侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查，题目难度中等．