Question

13．二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物．综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一．
（1）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）．某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图1所示．根据图示回答下列问题：

①将2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0，.10MPa．该反应的平衡常数等于800．
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
若用标准状况下4.48L CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中转移的电子总数为1.60N_A（阿伏加德罗常数的值用N_A表示），放出的热量为173.4kJ．
（3）新型纳米材料氧缺位铁酸盐（MFe₂O_x，3＜x＜4，M=Mn、Co、Zn或Ni）由铁酸盐（MFe₂O₄）经高温还原而得，常温下，它能使工业废气中的酸性氧化物分解除去．转化流程如图2所示：
请写出MFe₂O_x分解SO₂的化学方程式MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S（不必配平）．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算，温度不变，则平衡常数K不变；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），以此计算反应热，结合元素的化合价变化计算转移的电子数；
（3）从氧化还原反应的角度判断反应产物，进而写出相关反应的方程式．

解答 解：（1）①由图象知，体系总压强为0.10MPa时SO₂的平衡转化率为0.8，则
      2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）
起始：2.0mol    1.0mol       0
转化：1.6mol    0.8mol    1.6mol
平衡：0.4mol    0.2mol    1.6mol
则平衡时：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{（0.16）^{2}}{（0.04）^{2}×0.02}$=800，
故答案为：800；
②平衡常数只受温度的影响，温度不变，则压强不变，平衡状态由A变到B时，则k（A）=k（B），
故答案为：=；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
整个过程中转移的电子总数为：0.20mol×8N_A=1.60N_A，
放出的热量为：0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
故答案为：1.60N_A；173.4；
（3）由题意可知，铁酸盐（MFe₂O₄）经高温还原而得，则反应物中MFe₂O_x为还原剂，SO₂为氧化剂，生成物为MFe₂O₄和S，则反应的关系式为MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S，
故答案为：MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S．

点评 本题考查化学平衡及化学反应及能量，题目难度中等，本题易错点为化学平衡常数的计算，注意计算过程的把握，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．