Question

20．SO₂和NO_x在化学工业上有重要用途，也是大气污染的主要来源，开发和利用并重，预防和治理并举是当前工业上和环境保护领域研究的主要课题之一．
（1）在接触法制硫酸的过程中，发生2SO₂（g）+O₂（g） $?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）△H＜0反应，某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示，根据图示回答下列问题：
①平衡状态由A到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）；
②将2.0molSO₂和1.0molO₂置于10L的密闭容器中，若40s后反应达到平衡，此时体系总压强为0.10MPa，这一段时间内SO₂的平均反应速率为0.0040mol•L^-1•s^-1．该反应的平衡常数为800L•mol^-1．
（2）用CH₄催化还原NO_x可消除氮的氧化物的污染，例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
取标准状况下4.48LCH₄并使之完全反应：
①若将NO₂还原至N₂，整个过程中转移电子的物质的量为1.6mol；
②若还原NO₂和NO的混合物，放出的总热量Q的取值范围是173.4kJ＜Q＜232kJ．

Answer 1

分析 （1）①根据平衡常数只受温度的影响判断；
②由图象可知压强为0.10MPa时SO₂的为80%，根据三段式计算各物质的平衡浓度，再计算反应速率和平衡常数；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根据盖斯定律$\frac{①+②}{2}$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．

解答 解：（1）①平衡常数只受温度的影响，平衡状态由A变到B时，温度没改变，则k（A）=k（B）；
故答案为：=；
②由图象知，体系总压强为0.10MPa时SO₂的平衡转化率为0.8，根据三段式：
             2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）
起始量：2.0mol      1.0mol                 0
转化量：1.6mol      0.8mol             1.6mol
平衡量：0.4mol      0.2mol             1.6mol
则这一段时间内SO₂的平均反应速率为$\frac{1.6mol÷10L}{40s}$=0.0040mol•L^-1•s^-1；该反应的平衡常数为K=$\frac{（1.6mol÷10L）^{2}}{（0.4mol÷10L）^{2}×（0.2mol÷10L）}$=800L•mol^-1；
故答案为：0.0040mol•L^-1•s^-1；800L•mol^-1；
（2）①已知：ⅠCH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
ⅡCH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根据盖斯定律（Ⅰ+Ⅱ）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol，取标准状况下4.48LCH₄完全反应，则n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
则整个过程中转移的电子总数为：0.20mol×8mol=1.60mol；
故答案为：1.6mol；
②若全部为NO，则发生CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1，放出的热量为0.2mol×1160kJ•mol^-1=232kJ，
若全部为NO₂，则发生CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，放出的热量为0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
则放出的总热量Q的取值范围是173.4kJ＜Q＜232kJ；
故答案为：173.4kJ＜Q＜232kJ．

点评 本题考查化学平衡及化学反应及能量，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高频考点，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．