Question

14．NO₂与SO₂能发生反应：NO₂+SO₂?SO₃+NO，某研究小组对此进行相关实验探究．
（1）硝酸厂向大气中排放NO₂造成的环境问题是酸雨、光化学烟雾．
（2）为了减少SO₂的排放，将含SO₂的烟气通过洗涤剂X，充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸，既可以回收SO₂，同时又可得到化肥．上述洗涤剂X可以是b、d（选填序号）．
a．Ca（OH）₂    b．K₂CO₃    c．Na₂SO₃   d．NH₃•H₂O
（3）实验中，尾气可以用碱溶液吸收．NaOH溶液吸收NO₂时，发生的反应为：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，反应中形成的化学键是共价键（填化学键的类型）．用NaOH溶液吸收少量SO₂的离子方程式为SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O．
（4）已知：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-1
则NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol．
（5）在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n₀（NO₂）：n₀（SO₂）]进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测定NO₂的平衡转化率以[a（NO₂）]．部分实验结果如图所示：
①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是降低温度；
②若A点对应实验中，SO₂（g）的起始浓度为c₀ ol•L^-1，经过t min达到平衡状态，该时段化学反应速率v（NO₂）=$\frac{{c}_{0}}{5t}$mol•L•min^-1；
③图中C、D两点对应的实验温度分别为T_c和T_d，通过计算判断：T_c= T_d （填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）硝酸厂向大气中排放NO₂，经过一系列反应，产生硝酸，对环境造成的污染是会形成硝酸型酸雨，还会产生光化学烟雾；
（2）分别加入不同的洗涤剂X，根据不同的洗涤剂X与SO₂发生的不同反应，判断符合条件的洗涤剂X；
（3）发生的反应为：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，产物中NO₂^-，NO₃^-，H₂O中均含有共价键，用NaOH溶液吸收少量SO₂，反应产生正盐，据此写出反应的离子方程式；
（4）所求反应为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），该反应可由已知热效应的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的焓变；
（5）①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，即在不改变物料比的情况下，增加NO₂的平衡转化率，考虑温度和压强对化学平衡的影响；
②A点实验中，NO₂的平衡转化率α（NO₂）=50%，起始时，SO₂（g）的起始浓度为c₀mol/L，起始时的物料比为$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（N{O}_{2}）}=0.4$，可计算起始时NO₂的量，根据化学反应平均速率计算公式$v（N{O}_{2}）=\frac{△c}{△t}$计算；
③C、D两点对应的实验温度分别为T_c和T_d，温度和平衡常数有关，结合图中的数据，分别计算C和D点时的化学平衡常数，据此判断两点温度．

解答 解：（1）硝酸厂向大气中排放NO₂，经过一系列反应，产生硝酸，对环境造成的污染是会形成硝酸型酸雨，还会产生光化学烟雾，
故答案为：酸雨、光化学烟雾；
（2）分别加入不同的洗涤剂X，根据不同的洗涤剂X与SO₂发生的不同反应，要求将含SO₂的烟气通过洗涤剂X，充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸，既可以回收SO₂，同时又可得到化肥，植物需求量较大的化肥是氮肥，磷肥，钾肥，
a．若洗涤剂X选用Ca（OH）₂，通入SO₂反应产生CaSO₃，加入稀硫酸反应可以回收SO₂，同时产生CaSO₄，但不是化肥，故a不选；
b．若洗涤剂X选用K₂CO₃，是碱性较强的溶液，可以吸收SO₂，加入稀硫酸反应可以回收SO₂，同时产生钾肥，故b选；
c．若洗涤剂X选用Na₂SO₃，是碱性较强的溶液，反应生成NaHSO₃，加入稀硫酸反应可以回收SO₂，同时产生Na₂SO₄，但不是化肥，故c不选；
d．若洗涤剂X选用NH₃•H₂O，是碱性溶液，可以吸收SO₂，加入稀硫酸反应可以回收SO₂，同时产生（NH₄）₂SO₄，是化肥，故d选；
故答案为：b、d；
（3）发生的反应为：2NO₂+2OH^-═NO₂^-+NO₃^-+H₂O，产物中NO₂^-，NO₃^-，H₂O中均含有共价键，
用NaOH溶液吸收少量SO₂，反应产生正盐，则用NaOH溶液吸收少量SO₂的离子方程式为：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，
故答案为：共价键；SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（4）已知：①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₁=-113.0kJ/mol，
                  ②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ/mol，
所求反应为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），该反应可由$\frac{②-①}{2}$得到，根据盖斯定律，所求反应的焓变为△H=$\frac{△{H}_{2}-△{H}_{1}}{2}$=$\frac{-196.6-（-113.0）}{2}$=-41.8kJ/mol，
故答案为：-41.8；
（5）①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，即在不改变物料比的情况下，增加NO₂的平衡转化率，反应为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），反应焓变△H＜0，则反应为放热反应，反应也是一个气体数守恒的反应，压强变化对化学平衡不产生影响，增加NO₂的平衡转化率，可采取降低温度的方式，使化学平衡向正反应方向移动，
故答案为：降低温度；
②A点实验中，NO₂的平衡转化率α（NO₂）=50%，起始时，SO₂（g）的起始浓度为c₀mol/L，起始时的物料比为$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（N{O}_{2}）}=0.4$，则起始时，NO₂的物质的量浓度为c₀×0.5=0.4c₀mol/L，NO₂的平衡转化率α（NO₂）=50%，则NO₂转化了△c=0.4c₀×50%=0.2c₀mol/L，反应经历的时间为△t=tmin，则该时段化学反应速率v（NO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.2{c}_{0}}{t}=\frac{{c}_{0}}{5t}mol/（L•min）$，
故答案为：$\frac{{c}_{0}}{5t}$；
③C、D两点对应的实验温度分别为T_c和T_d，温度和平衡常数有关，结合图中的数据，反应为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），
C点时，起始物料比为$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}=1.0$，NO₂的平衡转化率为α（NO₂）=50%，设起始时c（NO₂）=c（SO₂）=xmol/L，化学平衡常数为K（C）=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{50%x×50%x}{（1-50%）x×（1-50%）x}$=1，
D点时，起始物料比为$\frac{n（N{O}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}=1.5$，NO₂的平衡转化率为α（NO₂）=40%，设起始时c（SO₂）=ymol/L，c（NO₂）=1.5ymol/L，化学平衡常数为K（D）=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{（40%×1.5y）×（40%×1.5y）}{[（1-40%）×1.5y]×[y-40%×1.5y]}$=1，
所以K（C）=K（D），化学平衡不发生移动，则T_C=T_D，
故答案为：=．

点评 本题主要考察化学原理部分知识，包含常见的无机反应，化学平衡的移动，化学反应速率的计算，化学平衡常数的计算，均为高频考点，题目难度不大．