Question

7．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）已知NaHSO₃溶液呈酸性，若4.48L（标准状况下）SO₂被100mL2mol•L^-1烧碱溶液吸收，所得溶液中离子浓度大小顺序为c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；．
利用反应6NO₂+8NH₃$?_{△}^{催化剂}$7N₂+12H₂O可处理NO₂．当转移1.2mol电子时，消耗的NH₃在标准状况下是8.96L．
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=-113.0kJ•mol^-1
则反应③NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H₃=-41.8kJ•mol^-1．
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：3置于1L的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a、d．
a．混合气体颜色保持不变
b．混合气体密度保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变
d．每消耗1mol SO₃的同时消耗1mol NO₂
（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△H＜0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴
kPa左右，选择此压强的理由是在250℃、1.3×10⁴ kPa的温度和压强下，CO的转化率已经达到90%以上，再需要提高压强会增加设备的强度，影响生产成本．

Answer 1

分析 （1）4.48L（标准状况下）SO₂的物质的量为：$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，而100mL2mol•L^-1烧碱溶液中氢氧化钠的物质的量为：0.1L×2mol/L=0.2mol，由反应SO₂+NaOH=NaHSO₃可知，两者恰好完全反应生成亚硫酸氢钠溶液，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HS的电离程度大于其水解程度，由此分析解答；根据化合价的变化结合方程式计算；
（2）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，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，计算平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
（3）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．

解答 解：（1）4.48L（标准状况下）SO₂的物质的量为：$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，而100mL2mol•L^-1烧碱溶液中氢氧化钠的物质的量为：0.1L×2mol/L=0.2mol，由反应SO₂+NaOH=NaHSO₃可知，两者恰好完全反应生成亚硫酸氢钠溶液，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HS的电离程度大于其水解程度，故溶液中离子浓度大小为c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），反应6NO₂+8NH₃?7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合价降低，由+4价降低到0价，则6molNO₂参加反应，转移24mol电子，所以当转移1.2mol电子时，消耗NH₃0.4mol，体积为8.96L，
故答案为：c（Na⁺）＞c（HS）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）； 8.96；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律将①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
a．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故正确；
b．混合气体密度始终保持不变，故错误；
c．SO₃和NO的体积比保持不变，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故错误；
d．每消耗1mol SO₃等效于生成1mol NO₂同时消耗1mol NO₂，达到平衡状态，故正确；
故答案为：-41.8； a、d；
（3）从横坐标上一点0.5处，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越高转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．
第二问：实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．
故答案为：＜；在250℃、1.3×10⁴ kPa的温度和压强下，CO的转化率已经达到90%以上，再需要提高压强会增加设备的强度，影响生产成本．

点评 本题以NO₂、SO₂、CO等物质为载体，综合考查化学平衡移动、盖斯定律以及平衡常数的计算等问题，侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查，题目难度中等．