Question

14．2013年，“雾霾”成为年度关键词．近年来，对“雾霾”的防护与治理成为越来越重要的环境问题和社会问题．雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物三项组成．
（1）机动车的尾气是雾霾形成的原因之一，近几年有人提出利用选择性催化剂利用汽油中挥发出来的C₃H₆催化还原尾气中的NO气体，请写出该过程的化学方程式：2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂
（2）我国北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气也是雾霾的主要来源之一．经研究发现将煤炭在O₂/CO₂的气氛下燃烧，发现能够降低燃煤时NO的排放，主要反应为：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H
若①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②CO（g）?C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=+110.5kJ•mol^-1
③C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
则△H=-746.5kJ•mol^-1．
（3）燃煤尾气中的SO₂用NaOH溶液吸收形成NaHSO₃溶液，在pH为4～7之间时电解，硫元素在铅阴极上被电解还原为Na₂S₂O₄．Na₂S₂O₄俗称保险粉，广泛应用于染料、印染、造纸、食品工业以及医学上．这种技术是最初的电化学脱硫技术之一．请写出该电解反应中阴极的电极方程式：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O
（4）SO₂经过净化后与空气混合进行催化氧化后制取硫酸或者硫酸铵，其中SO₂发生催化氧化的反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）．若在T₁℃、0.1MPa条件下，往一密闭容器通入SO₂和O₂（其中n（SO₂）：n（O₂）=2：1），测得容器内总压强与反应时间如图所示：

①该反应的化学平衡常数表达式：K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$
②图中A点时，SO₂的转化率为45%
③计算SO₂催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数K=24300（MPa）^-1（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）
④若在T₂℃，其他条件不变的情况下测得压强的变化曲线如图所示，则T₁＜T₂（填“＞”、“＜”、“=”）；其中C点的正反应速率v_c（正）与A点的逆反应速率v_A（逆）的大小关系为v_c（正）＞v_A（逆） （填“＞”、“＜”、“=”）．

Answer 1

分析 （1）C₃H₆催化还原尾气中的NO气体，可以得到无毒的气体氮气和二氧化碳；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），据此计算反应的焓变；
（3）电解反应中阴极上发生得电子的还原反应，根据反应原理来回答书写；
（4）①反应平衡常数K=$\frac{产物平衡浓度系数次幂之积}{反应物平衡浓度系数次幂之积}$；
②结合化学三行计算列式，依据图中A点时，气体物质的量0.085，依据开始和A点气体物质的量之比列式计算，转化率=$\frac{变化量}{起始量}$×100%；
③图中B点，依据化学三行列式计算用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数计算SO₂催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数；
④先拐先平温度高，达到平衡所需时间短，温度越高反应速率越大．

解答 解：（1）C₃H₆催化还原尾气中的NO气体，可以得到无毒的气体氮气和二氧化碳，即2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂，
故答案为：2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂；
（2））②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反应的焓变=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，
故答案为：-746.5kJ•mol^-1；
（3）电解反应中阴极上发生得电子的还原反应，2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃，反应的平衡常数K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$；
②设氧气消耗物质的量为x，
                     2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a            a                0
变化量（mol） 2x           x                  2x
平衡量（mol）2a-2x       a-x                2x
图中A点时，气体物质的量0.085，则$\frac{2a-2x+a-x+2x}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$，x=0.45a
SO₂的转化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案为：45%；
③图中B点，设氧气消耗物质的量为y，
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a             a               0
变化量（mol） 2y            y              2y
平衡量（mol）  2a-2y      a-y            2y
B点气体物质的量为 0.007，则$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$，y=0.9a，
平衡常数K=$\frac{（0.007×\frac{1.8}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×（0.007×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}）}$=24300（MPa）^-1，
故答案为：24300（MPa）^-1；
④图象分析可知，先拐先平温度高则T₁＜T₂，C点是平衡状态，A点反应未达到平衡状态，其中C点的正反应速率v_C（正）与A点的逆反应速率v_A（逆）的大小关系为v_C（正）＞v_A（逆）
故答案为：＜；＞．

点评 本题考查了化学平衡、化学反应速率影响因素的分析应用，图象变化和数值的计算是解题关键，题目难度中等．