Question

4．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}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是BC（填字母）
A．体系压强保持不变               B．混合气体颜色保持不变
C．SO₂和NO的体积比保持不变      D．每消耗1molSO₃的同时生成1mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\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）根据物质与水的反应物与生成物来书写化学反应方程式，再利用氧化还原反应中电子转移计算，然后计算标准状况下气体的体积；
（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；平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$；
（3）利用化学平衡的影响因素和工业生产的关系来分析，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．

解答 解：（1）NO₂与H₂O反应的方程式为：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O，当反应中有1 mol NO₂参加反应时，共转移了4 mol电子，故转移12mol电子时，消耗的NO₂为12÷4×22.4L=67.2L，
故答案为：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；67.2；
（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．SO₂和NO的体积比保持不变，说明一氧化氮消耗和二氧化硫消耗相同，在化学方程式定量关系可知，证明反应正逆反应速率相同，能判断是否达到平衡状态，故C正确；
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，反应逆向进行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$\frac{a-x}{2a-x}$=1；6，故x=$\frac{4}{5}$a，
故平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{（\frac{4}{5}a）^{2}}{（a-\frac{4}{5}a）（2a-\frac{4}{5}a）}$=$\frac{8}{3}$，
故答案为：-41.8，BC； $\frac{8}{3}$；
（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、平衡常数、盖斯定律以计算等问题，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．