Question

SO₂和NOx在化學工業(yè)上有重要用途，也是大氣污染的主要來源，開發(fā)和利用并重，預防和治理并舉是當前工業(yè)上和環(huán)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(fā)生2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑

△

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）的關系如圖所示，根據(jù)圖示回答下列問題：
①平衡狀態(tài)由A到B時，平衡常數(shù)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(shù)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

考點：化學平衡的計算,化學平衡常數(shù)的含義,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）①根據(jù)平衡常數(shù)只受溫度的影響判斷；
②由圖象可知壓強為0.10MPa時SO₂的為80%，計算各物質的平衡濃度，可計算反應速率和平衡常數(shù)；
（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
利用蓋斯定律將

①+②

2

可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），以此計算反應熱，結合元素的化合價變化計算轉移的電子數(shù)．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，則壓強不變，平衡狀態(tài)由A變到B時，則k（A）=k（B），故答案為：①=；
②由圖象知，體系總壓強為0.10MPa時SO₂的平衡轉化率為0.8，則
     2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑

△

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

1.6mol 10L

40s

=0.0040mol?L^-1?s^-1，
則平衡時：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，
故答案為：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
利用蓋斯定律將

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，
整個過程中轉移的電子總數(shù)為：0.20mol×8mol=1.60mol，
故答案為：1.6mol；
②若全部為NO，則發(fā)生CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1，放出的熱量為0.2mol×1160kJ?mol^-1=232kJ，
若全部為NO₂，則發(fā)生CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，放出的熱量為0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
則放出的總熱量Q的取值范圍是173.4kJ＜Q＜232kJ，
故答案為：173.4kJ＜Q＜232kJ．

點評：本題考查化學平衡及化學反應及能量，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高頻考點，題目難度中等，本題易錯點為化學平衡常數(shù)的計算，注意計算過程的把握．