Question

SO₂和NOx在化學工業上有重要用途，也是大氣污染的主要來源，開發和利用并重，預防和治理并舉是當前工業上和環境保護領域研究的主要課題之一。

（1）在接觸法制硫酸的過程中，發生2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g)  △H＜0反應，某溫度下，SO₂的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如下圖所示，根據圖示回答下列問題：

①平衡狀態由A到B時，平衡常數K(A)      K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）；

②將2．0molSO₂和1．0molO₂置于10L的密閉容器中，若40s后反應達到平衡，此時體系總壓強為0．10MPa，這一段時間內SO₂的平均反應速率為                 。

該反應的平衡常數為                        。

（2）用CH₄催化還原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

取標準狀況下4．48LCH₄并使之完全反應：

①若將NO₂還原至N₂，整個過程中轉移電子的物質的量為                   ；

②若還原NO₂和NO的混合物，放出的總熱量Q的取值范圍是               。

 

Answer 1

【答案】

（1）①＝；（1分）②0．0040mol·L^—1·s^—1，800L·mol^—1；（共4分，各2分，無單位或錯誤扣1分）

（2）①1．6mol（2分，無單位扣1分）②173．4kJ＜Q＜232kJ（3分）

【解析】

試題分析：⑴①平衡狀態由A變到B時，改變的是壓強，平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變，故平衡常數K（A）=K（B），故答案為：=；②反應達平衡后，體系總壓強為0．10MPa，由圖可知，SO₂的平衡轉化率α=0．80，參加反應的二氧化硫為2mol×80%=1．6mol，這一段時間內SO₂的平均反應速率為=0．0040mol·L^—1·s^—1

則：

              2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）

開始（mol）：2        1            0

變化（mol）：1．6    0．8           1．6

平衡（mol）：0．4    0．2           1．6

所以平衡時濃度：c（SO₂）=0．04mol·L^－1，c（O₂）=0．02mol·L^－1，c（SO₃）=0．16mol·L^－1，故平衡常數k==800，故答案為：0．0040mol·L^—1·s^—1,800；

⑵①利用蓋斯定律，將題中反應相加后除以2得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ·mol^－1．每1molCH₄轉移8mol電子，現標準狀況下4．48LCH₄即0．2mol，轉移電子數為1．6mol；②由極值法，若還原NO₂放熱867kJ×0．2=173．4kJ：若還原NO放熱1160kJ×0．2=232kJ，放出的總熱量Q的取值范圍是173．4kJ＜Q＜232kJ。

考點：化學平衡的計算；化學平衡常數的含義；化學平衡狀態的判斷，化學能與熱能的相互轉化