题目内容

【题目】雾霾天气给人们的出行带来了极大的不便,因此研究NO2、SO2等大气污染物的处理具有重要意义。

(1)某温度下,已知:

①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1=-196.6kJ/mol

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)△H2

③NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) △H3=-41.8kJ/mol

则△H2= _____________。

(2)按投料比2:1把SO2和O2加入到一密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ,测得平衡时SO2的转化率与温度T、压强p的关系如图甲所示:

①A、B两点对应的平衡常数大小关系为KA __________(填“>”“<”或“=”,下同)KB;温度为T,时D点vD正与vD逆的大小关系为vD正 _____________vD逆;

②T1温度下平衡常数Kp=______________ kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数,结果保留分数形式)。

(3)恒温恒容下,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),测得平衡时SO3的体积分数与起始的关系如图乙所示,则当=1.5达到平衡状态时,SO2的体积分数是图乙中D、E、F三点中的____________点。A、B两点SO2转化率的大小关系为aA ___(填“>”“<”或“=”)aB。

(4)工业上脱硫脱硝还可采用电化学法,其中的一种方法是内电池模式(直接法),烟气中的组分直接在电池液中被吸收及在电极反应中被转化,采用内电池模式将SO2吸收在电池液中,并在电极反应中氧化为硫酸,在此反应过程中可得到质量分数为40%的硫酸。写出通入SO2电极的反应式:____________;若40%的硫酸溶液吸收氨气获得(NH4)2SO4的稀溶液,测得常温下,该溶液的pH=5,则___________(计算结果保留一位小数,已知该温度下NH3·H2O的Kb=1.7×10-5);若将该溶液蒸发掉一部分水后恢复室温,则的值将_____(填“变大”“不变”或“变小”)。

【答案】-113.0kJ·mol-1 > < D > SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ 5.9×10-5 变小

【解析】

(1)由盖斯定律可得②=①-2×③计算;

(2)根据影响平衡常数和速率的因素解析;列三段式计算;

(3)根据投料对反应的影响分析;

(4)负极失电子,再结合溶液的环境完成电极反应;结合Kw和Kb进行计算。

(1)由盖斯定律可得②=①-2×③,所以△H2=△H1-2△H3=-196.6kJ·mol-1-2×(-41.8kJ·mol-1)=-113.0kJ·mol-1。

(2)①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应放热,压强一定时,温度越低,SO2的转化率越大,所以T1<T2,该反应的平衡常数K随温度升高而降低,所以KA>KB;温度为T1时D点SO2的转化率大于平衡转化率,所以反应需要逆向移动达到平衡,即v正<v逆。

②选取C点计算T1温度下的Kp值,设SO2的起始加入量为2mol:

SO2%=,O2%=,SO3%=。由于分压=总压×物质的量分数,所以C平衡点各物质的分压分别为p(SO2)=pc,p(O2)=pc,P(SO3)=pc,Kp=kPa-1。

(3)当反应物的投料比等于方程式的系数比即=2时,SO3的平衡体积分数最大,所以当投料比=1.5达到平衡状态时,SO3的体积分数是在投料比=1时SO3的平衡体积分数的基础上继续增大,所以应该是D点,由于从A到B只增加了SO2的量,所以SO2转化率的大小为aA>aB。

(4)因为SO2在电池中被氧化成硫酸,所以SO2应该从负极通入,负极失电子,再结合溶液的环境完成电极反应:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+。=5.9×10-5,设(NH4)2SO4溶液的浓度为c,NH4+的水解程度为a,则,蒸发掉一部分水后恢复室温,溶液浓度增大,水解程度减小,(1-a)增大,比值变小。

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