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【题目】利用反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) △H=-Q kJ/mol(Q>0)可处理NO2、SO2等大气污染物,具有十分重要的意义。完成下列填空:

(1)该反应中被氧化是元素是_________;写出该反应的平衡常数表达式:K=_________。增大NO2浓度,平衡常数K_________。(填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)若上述反应在密闭容器中进行,能表明反应达到平衡状态的是_________(选填编号)。

a. 混合气体颜色保持不变 b. NO2和NO的体积比保持不变

c. 每消耗1 mol SO2的同时生成1 mol SO3 d. 体系中气体平均摩尔质量保持不变

(3)一定温度下,在容积为V L的容器中发生上述反应,t min内,SO2的物质的量下降了a mol,则这段时间内v(NO2)=_________(用相关字母表示)。

(4)请写出两种能提高平衡转化率的措施____________、______________。

(5)其他条件相同,催化剂不同时,上述反应中SO2的转化率随反应温度的变化如图。不考虑催化剂价格因素,生产中选择Fe2O3作催化剂的主要原因是___________

【答案】S 不变 ab mol/(L·min) 增加NO2 移除SO3 300-420℃间,催化效率较高

【解析】

(1)根据氧化还原反应中所含元素化合价升高被氧化、化合价降低被还原分析判断;利用化学反应的平衡常数的含义书写;

(2)平衡标志是正|逆反应速率相同,各成分浓度保持不变分析;

(3)同一反应,不同反应物或生成物的速率之比等于化学计量数之比,且v=;

(4)可结合影响平衡的因素分析,通过改变影响平衡的条件,促进平衡正向移动,提高SO2的转化率;

(5)根据催化剂的催化效率及催化剂达到最佳催化效率时的温度分析。

(1)在该反应中,S元素化合价由反应前SO2中的+4价变为反应后SO3中的+6价, S元素化合价升高,失去电子被氧化;此反应的平衡常数表达式:K=;化学平衡常数只与温度有关,增大NO2的浓度,对化学平衡常数无影响,所以K值不变;

(2)a.平衡体系中只有NO2气体是红棕色气体,混合气体颜色保持不变,说明NO2浓度不变,反应达到平衡状态,a正确;

b.在反应过程中NO2和NO的体积之比为变量,则当NO2和NO的体积之比保持不变,能说明反应达到平衡状态,b正确;

c.每消耗1 mol SO2的同时生成1 molSO3,说明反应正向进行,不能证明反应达到平衡状态,c错误;

d.反应前后气体的质量不变,气体的体积也不变,反应过程中体系的气体密度始终不变,所以体系气体密度不变不能证明反应达到平衡状态,d错误;

故合理选项是ab;

(3)一定温度下,在容积为V L的容器中发生上述反应,t min内,SO2的物质的量下降了a mol,则这段时间内v(SO2)== mol/(L·min),根据在相同时间被反应速率比等于物质的化学计量数的比,可知这段时间内v(NO2)=v(SO2)= mol/(L·min);

(4)此反应的正反应为放热反应,根据平衡移动原理,通入NO2、移走NO或SO3、降低温度或通入O2等均能促进平衡正向移动,达到提高SO2的转化率目的;

(5)由图示可知:Fe2O3在300-420℃间,催化效率较高。

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