Question

4．燃煤烟气中的SO₂、NO_x是形成酸雨的有害物质．应设法吸收利用．
I．吸收SO₂：通入氨水将其转化为NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性（填“酸”、“碱”、“中”）；再通空气将NH₄HSO₃氧化，溶液pH将减小（填“增大”、“减小”、“不变”）
Ⅱ．处理NO：先用O₃处理，再用Na₂SO₃溶液吸收．O₃处理的热化学方程式为：
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=aKJ•mol^-1
NO₂（g）═NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=bKJ•mol^-1
（1）反应NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g）的△H=a-2bKJ•mol^-1．
（2）用Na₂SO₃溶液吸收时，溶液中SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，反应的氧化产物是SO₄^2-．
Ⅲ．利用SO₂：分离出SO₂可用于生产硫酸，反应之一：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．
（3）恒温恒容下，改变SO₂、O₂的物质的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，平衡时测定Y的值，Y与[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]的关系如图1所示，则Y可能是A、B．
A．正反应速率         B．SO₃的体积分数     C．SO₂的转化率      D．SO₂的体积分数
a→b段y变化的原因是SO₂浓度增大，正反应速率增大，平衡正移，SO₃增多．

（4）K_p是以各气体平衡分压（各气体的反应=总压×各气体的体积分数）代替平衡浓度表示的平衡常数．
①K_p与温度（T/K）的关系是㏒K_p=$\frac{R}{T}$-4.86（R为常数），请判断R＞0（填“＞”或“＜”），原因是温度（T）升高，平衡逆向移动，K_p减小，由关系式可判断R＞0．
②在10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂（体积分数）时，SO₂平衡转化率与温度、压强的关系如图2．则x＞1.0（填“＞”或“＜”）；计算550℃、1.0atm下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的K_p=900.0atm^-1．（精确到1位小数）

Answer 1

分析 Ⅰ．SO₂通入氨水将其转化为NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性，再通空气将NH₄HSO₃氧化，HSO₃^-转化为SO₄^2-和H⁺，酸性增强；
Ⅱ．（1）根据盖斯定律计算所求反应的焓变；
（2）用Na₂SO₃溶液吸收时，溶液中SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，NO₂被还原为NO₂^-，则SO₃^2-应被氧化成SO₄^2-；
Ⅲ．（3）反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反应为气体分子数减少的反应，恒温恒容下，改变SO₂、O₂的物质的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，根据图1分析Y的含义和a→b段Y升高的原因；
（4）①根据图2，温度升高，SO₂的平衡转化率降低，正反应趋势减小，则K_p减小，据此分析；
②从整个体系中O的含量分析x，根据分压平衡常数的定义计算．

解答 解：I．SO₂通入氨水将其转化为NH₄HSO₃，NH₄HSO₃溶液呈酸性，
再通空气将NH₄HSO₃氧化，HSO₃^-转化为SO₄^2-和H⁺，酸性增强，则溶液pH将减小，
故答案为：酸；减小；
Ⅱ．（1）已知：①NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₁=akJ/mol，
                      ②NO₂（g）═NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=bkJ/mol，
所求反应为：3NO（g）+O₃（g）═3NO₂（g），该反应可由①-②×2得到，根据盖斯定律，该反应的焓变△H=△H₁-2△H₂=（a-2b）kJ/mol，
故答案为：a-2b；
（2）用Na₂SO₃溶液吸收时，溶液中SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，NO₂被还原为NO₂^-，则SO₃^2-应被氧化成SO₄^2-，则氧化产物为SO₄^2-，
故答案为：SO₄^2-；
（3）反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反应为气体分子数减少的反应，恒温恒容下，改变SO₂、O₂的物质的量之比[$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$]，反应焓变△H＜0，正反应放热，降低温度，增大压强均有利于反应正向进行，随着物料比$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$增大，可以控制为SO₂的量增大或O₂的量减少，Y先增大后减小，可能为正反应速率，也可以为SO₃的体积分数，当控制条件为增大SO₂的量时，会使SO₂的转化率降低，不一定会使SO₂的转化率一直升高，当控制条件为减小O₂的量时，会增加SO₂的平衡转化率，使其体积分数不断降低，不一定会使SO₂的体积分数一直增大，故有可能的是A和B，
综合A和B考虑，a→b段升高的原因可能为：SO₂浓度增大，正反应速率增大，平衡正移，SO₃增多
故答案为：A、B；SO₂浓度增大，正反应速率增大，平衡正移，SO₃增多；
（4）①根据图2，温度升高，SO₂的平衡转化率降低，正反应趋势减小，则K_p减小，则R＞0，原因是：温度（T）升高，平衡逆向移动，K_p减小，由关系式可判断R＞0，
故答案为：＞；温度（T）升高，平衡逆向移动，K_p减小，由关系式可判断R＞0；
②体系中含有10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂，根据图2，随着温度升高，SO₂的平衡转化率降低，有利于生成NO_x，从整个体系O含量角度考虑，生成NO_x中，x＞1，
K_p是以各气体平衡分压（各气体的反应=总压×各气体的体积分数）代替平衡浓度表示的平衡常数，550℃、1.0atm下，SO₂的平衡转化率为90%，反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），已知体系中有10.0%SO₂、13.5%O₂、76.5%N₂，设混合气体有100mol，则含有10molSO₂，13.5molO₂，76.5molN₂，根据反应方程式，则平衡时n（SO₂）=1mol，n（O₂）=9mol，n（SO₃）=9mol，根据理想气体状态方程pV=nRT，恒温恒容体系中，压强之比等于物质的量之比，则$\frac{1atm}{10+13.5+76.5}=\frac{p}{1+9+9+76.5}$，可得p=0.955atm，根据道尔顿分压定律，p（SO₂）=$\frac{1}{1+9+9+76.5}×p$=0.01atm，p（O₂）=p（SO₃）=$\frac{9}{1+9+9+76.5}×p$=0.09atm，则分压平衡常数K_p=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{3}）}{p（{O}_{2}）{p}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{（0.09atm）^{2}}{（0.01atm）^{2}×（0.09atm）}$=900.0atm^-1，
故答案为：＞；900.0atm^-1．

点评 本题考查化学平衡计算、图象分析，为高频考点，侧重考查学生分析推断及计算、知识迁移能力，根据浓度化学平衡常数计算方法计算压强化学平衡常数，计算量较大，难度中等．