Question

3．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．利用反应6NO₂+8NH₃$?_{加热}^{催化剂}$7N₂+12H₂O也可处理NO₂．当转移1.2mol电子时，消耗的NO₂在标准状况下是6.72L．
（2）已知：反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是bc．
a、体系压强保持不变                  b、混合气体颜色保持不变
c、SO₂和NO的体积比保持不变           d、每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂
e、混合气体的密度不变                f、混合气体的平均分子量不变
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\frac{8}{3}$（或2.67）．
（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所示．该反应的逆反应△H＞0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．

Answer 1

分析 （1）二氧化氮和水发生氧化还原反应生成硝酸和NO；该反应中N元素化合价由-3价、+4价变为0价，转移电子数为24，当转移24mol电子时消耗二氧化氮6mol，据此计算转移1.2mol电子时，消耗NO₂的物质的量，结合V=nV_m计算二氧化氮体积；
（2）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；根据三行式计算平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
（3）相同压强下，根据先拐先平数值大知，T1温度最高，升高温度CO转化率增大，说明正反应是吸热反应，在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加．

解答 解：（1）二氧化氮和水发生氧化还原反应生成硝酸和NO，反应方程式为3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；该反应中N元素化合价由-3价、+4价变为0价，转移电子数为24，当转移24mol电子时消耗二氧化氮6mol，据此计算转移1.2mol电子时，消耗NO₂的物质的量=$\frac{6mol}{24mol}×1.2mol$=0.3mol，二氧化氮体积=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案为：3NO₂+H₂O=NO+2HNO₃；6.72；
（2）a、该反应前后气体计量数之和不变，所以体系压强始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；                  
b、只有二氧化氮有色，当混合气体颜色保持不变时，说明二氧化氮浓度不变，则正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；
c、SO₂和NO的体积比保持不变时，正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；
d、无论是否达到平衡状态都存在每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂，不能据此判断平衡状态，故错误；
e、反应前后气体质量不变、容器体积不变，所以混合气体的密度始终不变，不能据此平判断平衡状态，故错误；                
f、无论是否达到平衡状态，气体质量不变、物质的量不变、所以混合气体的平均分子量不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
设起始时二氧化氮体积为a、二氧化硫体积为2a，二氧化氮转化的体积为x，
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g） 
起始物质的体积 a      2a       0       0
转化物质的体积 x      x        x        x
平衡物质的体积 a-x   2a-x      x        x
平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，即（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=0.8a，故平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）．c（NO）}{c（N{O}_{2}）．c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）．（2a-x）}$=$\frac{8}{3}$（或2.67），
故答案为：bc；$\frac{8}{3}$（或2.67）；
（3）相同压强下，根据先拐先平数值大知，T1温度最高，升高温度CO转化率增大，说明正反应是吸热反应，焓变大于0，在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失，
故答案为：＞；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断、图象分析及氧化还原反应，为高频考点，只有反应前后改变的物理量不变时可逆反应就达到平衡状态，注意三段式法的灵活运用，题目难度不大．