Question

工业制硫酸的过程中利用反应2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂 .

△

2SO₃（g）；△H＜0，将SO₂转化为SO₃，尾气SO₂可用NaOH溶液进行吸收．回答下列问题：
（1）用CH₄可以消除汽车尾气中氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式

 

．
（2）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO₂和1mol O₂发生反应，则下列说法正确的是

 

．
A．若反应速率v （SO₂）﹦v （SO₃），则可以说明该可逆反应已达到平衡状态
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，化学反应速率加快
C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，各反应物的转化率一定都增大
D．平衡后移动活塞压缩气体，平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大
E．平衡后升高温度，平衡常数K增大
F．保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2molSO₃，再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大
（3）将一定量的SO₂（g）和O₂（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应得到如下表中的两组数据：

实验编号	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		SO2	O2	SO2	O2
1	T1	4	2	x	0.8	6
2	T2	4	2	0.4	y	9

①实验1从开始到反应达到化学平衡时，v（SO₂）表示的反应速率为

 

，表中y﹦

 

．
②T₁

 

T₂，（选填“＞”、“＜”或“=”），实验2中达平衡时 O₂的转化率为

 

．
（4）尾气SO₂用NaOH溶液吸收后会生成Na₂SO₃．现有常温下0.1mol/L Na₂SO₃溶液，实验测定其pH约为8，完成下列问题：
①该溶液中c（Na⁺）与 c（OH^-）之比为

 

．
②该溶液中c（OH^-）=c（H⁺）+

 

+

 

（用溶液中所含微粒的浓度表示）．
③当向该溶液中加入少量NaOH固体时，c（SO₃^2-）

 

，水的离子积K_w

 

．（选填“增大”、“减小”或“不变”）
（5）如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别来吸收SO₂，则理论吸收量由多到少的顺序是

 

．
A．Na₂CO₃        B．Ba（NO₃）₂       C．Na₂S           D．酸性KMnO₄．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡状态的判断,酸碱混合时的定性判断及有关ph的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析选项，平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；
A、反应速率相等，不能说明该可逆反应已达到平衡状态；
B、增加反应物的浓度，化学反应速率才能加快；
C、平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，但各反应物的转化率不一定都增大；
D、平衡后移动活塞压缩气体，平衡向正反应方向移动，反应物的百分含量减小，生成物的百分含量增大；
E、平衡后升高温度，平衡逆反应方向移动，平衡常数K减小；
F、保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，先建立恒温恒压下的等效平衡，再压缩体积，可知再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大．
（3）①先求出O₂的化学平衡时，再求出v（SO₂）的反应速率，反应速率之比等于化学计量数之比，先求出参加的反应的O₂物质的量，再可求y；
②根据平衡移动原理以及生成物的浓度可知：T₁＞T₂，求出实验2中参加反应的O₂的物质的量，根据转化率的计算表达式可求出平衡时 O₂的转化率．
（4）①根据pH求出c（OH^-），而c（Na⁺）是c（Na₂SO₃）的2倍，进而可求出中c（Na⁺）与c（OH^-）之比．
②根据物料守恒，可知c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃）．
③溶液中存在SO₃^2-的水解平衡，加入少量NaOH固体时，根据平衡移动原理，可知c（SO₃^2-）增大，但温度不变，所以水的离子积K_W不变．
（5）写出化学方程式，根据化学方程式计算．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
②2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算①-②得到CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；
（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，则
A．反应速率之比等于化学方程式系数之比，是正反应速率之比，若反应速率2υ正（O₂）=υ逆（SO₃），才可以说明该可逆反应已达到平衡状态，故A错误；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，总压增大，气体分压不变，化学反应速率不变，故B错误；
C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，各反应物的转化率不一定都增大，两种反应物增大一种提高另一种转化率，本身转化率减小，故C错误；
D、平衡后移动活塞压缩气体，压强增大，平衡正向进行，平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大，故D正确；
E．反应是放热反应，平衡后升高温度，平衡逆向进行，平衡常数K减小，故E错误；
F、原平衡中充入2mol SO₂和1mol O₂，等效于充入2mol SO₃，保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，即增大压强，平衡向正反应方向移动，生成物浓度比原平衡时的浓度大，压缩体积时，浓度已是原平衡的2倍，虽然平衡向正反应方向移动，但因为外界因素比平衡移动对平衡的影响更大，所以，反应物的浓度仍然增大．因此，再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大，故F正确；
故答案为：DF；
（3）①由表中数据，v（O₂）=

2mol-0.8mol 2L

6min

=0.1 mol?L^-1?min^-1     
根据反应速率之比等于化学计量数之比，则v（SO₂）=2v（O₂）=0.2mol?L^-1?min^-1      
实验2中，n（SO₂）_参加?（4-0.4）mol=3.6mol     
 n（O₂）_消耗=0.5n（SO₂）=1.8mol     
平衡时n（O₂）=（2-1.8）mol=0.2mol 
故答案为：0.2mol?L^-1?min^-1 ；0.2mol；
②平衡时，实验1中n（O₂）=0.8mol 实验2中n（O₂）=0.2mol，而开始时反应物的起始量相等，实验1到实验2的过程，相当于平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理，降温能使平衡向正反应方向移动，即T₁＞T₂；  
实验2中达平衡时 O₂的转化率=n（O₂）_消耗÷n（O₂）_起始×100%=1.8mol÷2mol×100%=90%
故答案为：＞；90%；
（4）依据pH=8得到c（OH^-）=10^-14÷10^-8=10^-6mol?L^-1
而c（Na⁺）=2×c（Na₂SO₃）=2×0.1mol?L^-1=0.2mol?L^-1
则c（Na⁺）：c（OH^-）=0.2mol?L^-1÷10^-6mol?L^-1=2×10⁵
故答案为：2×10⁵；
②溶液中存在物料守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃），故答案为：c（HSO₃^-）；2c（H₂SO₃）；
③Na₂SO₃溶液中存在水解平衡：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-根据水解平衡移动原理，加入少量NaOH固体，增大了c（OH^-），平衡向逆方向移动，c（SO₃^2-）增大 水的离子积K_w只受温度影响，由于温度不变，所以K_w不变，故答案为：增大； 不变；
（5）假设溶液中溶质的物质的量为1mol，则   
A中：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂              
    1mol   1mol
B中：3Ba（NO₃）₂+3SO₂+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO+4HNO₃（SO₂溶于水后显酸性，酸性条件下会被NO₃-氧化成SO₄^2-，再和Ba₂⁺生成沉淀）     
      1mol      1.5mol
C中：Na₂S+2SO₂+H₂O=H₂S+2NaHSO₃
     1mol 2mol
 2H₂S+SO₂=3S+2H₂O
 1mol 0.5mol
所以1mol 的Na₂S最终可吸收2.5molSO₂
D中：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄  
   1mol   2.5mol
故答案为：B＞C=D＞A．

点评：本题涉及的知识点较多，关键要掌握有关可逆反应的计算、化学平衡移动原理以及利用水的离子积K_W进行溶液中pH简单计算等，题目难度较大．