Question

8．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=NO+2HNO₃．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（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b．
a．体系压强保持不变              b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变     d．每消耗1mol SO₃的同时生成1mol NO₂
（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1示．该反应△H＜0（填“＞”或“＜”）． 工业上实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，不选择更高压强的理由是在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．
（4）将CH₄转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：
CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H=-519kJ/mol．工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验：
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是Z（填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是催化活性高、速度快、反应温度较低．
（5）请在答题卡的坐标图中如图2画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注．

Answer 1

分析 （1）NO₂可用水吸收，生成硝酸和一氧化氮；
（2）利用盖斯定律和热化学方程式计算反应热，利用盖斯定律将①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），达到平衡状态时，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；
（3）利用化学平衡的影响因素和工业生产的关系来分析；
（4）该反应正反应为放热反应，应选择催化活性高、速度快、反应温度较低；
（5）使用催化剂降低活化能，不影响反应热．

解答 解：（1）NO₂可用水吸收，生成硝酸和一氧化氮，反应的化学方程式为：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃，
故答案为：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；
（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．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故c错误；
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，不能判断是否达到平衡状态，故d错误．
 故答案为：-41.8；b；   
（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．
（4）该反应正反应为放热反应，应选择催化活性高、速度快、反应温度较低，故选择Z，
故答案为：Z；催化活性高、速度快、反应温度较低；
（5）使用催化剂降低活化能，不影响反应热，在有催化剂情况下反应过程中体系能量变化曲线如图：
，故答案为：．

点评 本题考查化学平衡常数、化学平衡影响因素、反应速率计算、反应中能量变化等，难度中等，注意理解掌握平衡常数的用途．