Question

13．研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理方法具有重要意义，请回答下列问题：
（1）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO₂和1mol O₂发生反应，则下列说法正确的是DE．
A．若反应速率v（SO₂）﹦v（SO₃），则可以说明该可逆反应已达到平衡状态
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，化学反应速率加快
C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，各反应物的转化率一定都增大
D．平衡后移动活塞压缩气体，平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大
E．保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大
F．平衡后升高温度，平衡常数K增大
（2）若某温度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ/mol．开始时在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0mol O₂（g），当反应达到平衡时共放出196kJ的热量，该温度下的平衡常数K=$\frac{10}{3}$（用分数表示）．在该温度下，分别将0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定体积的密闭容器中，当SO₂转化率为60%时，该反应向逆方向进行
（3）在一个2L的密闭容器中充入一定量的SO₃发生反应：其中SO₃的变化如下图所示：从10 min起，压缩容器为1L，则SO₃的变化曲线为c（填图象中的字母序号）．
（4）反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）；△H=+57kJ•mol^-1，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．下列说法正确的是C

A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．由状态B到状态A，可以用加热的方法
D．若P₂＞P₁，则化学平衡常数K_A＞K_C
（5）用CH₄催化还原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ/mol
②CH₄（g）+4NO （g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160KJ/mol
请写出1molCH₄还原NO₂生成N₂、CO₂、H₂O气态物质的热化学方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）A．若反应速率v（SO₂）﹦v（SO₃），反应方向未知导致无法确定是否达到平衡状态；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，反应物和生成物浓度不变，平衡不移动；
C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，加入的该物质转化率降低；
D．平衡后移动活塞压缩气体，平衡正向移动；
E．保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，相当于增大压强，平衡正向移动；
F．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动；
（2）1molSO₂完全反应放出98kJ热量，则放出196kJ热量时消耗二氧化硫2mol，消耗氧气1mol，开始时c（SO₂）=$\frac{4.0mol}{100L}$=0.04mol/L，c（O₂）=$\frac{10mol}{100L}$=0.1mol/L，
该反应中SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
开始（mol/L）0.04      0.1          0
反应（mol/L）0.02      0.01        0.02
平衡（mol/L）0.02      0.09         0.02
化学平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）.\sqrt{c（{O}_{2}）}}$；
在该温度下，分别将0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定体积的密闭容器中，当SO₂转化率为60%时，
剩余的c（SO₂）=0.2mol/L×（1-60%）=0.08mol/L，c（O₂）=0.1mol/L-0.2mol/L×60%×$\frac{1}{2}$=0.04mol/L，生成的c（SO₃）=0.2mol/L×60%=0.12mol/L，
根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向；
（3）在一个2L的密闭容器中充入一定量的SO₃发生反应：其中SO₃的变化如下图所示：从10 min起，压缩容器为1L，容器体积减小导致10min时c（SO₃）增大但n（SO₃）不变，增大压强平衡正向移动，n（SO₃）逐渐增大；
（4）A．A点压强小于C点，压强越大，反应速率越大；
B．增大压强平衡逆向移动，但C点二氧化氮浓度大于A点；
C．由状态B到状态A，压强不变，应该升高温度；
D．化学平衡常数只与温度有关；
（5）将方程式$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H进行相应的改变．

解答 解：（1）A．若反应速率v（SO₂）﹦v（SO₃），反应方向未知导致无法确定是否达到平衡状态，故A错误；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，氮气不参加反应，则反应物和生成物浓度不变，平衡不移动，则反应速率不变，故B错误；
C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，加入的该物质转化率降低，其它的气体反应物转化率增大，故C错误；
D．平衡后移动活塞压缩气体，平衡正向移动，则反应物含量降低，生成物含量增大，故D正确；
E．保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，相当于增大压强，平衡正向移动，再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大，故E正确；
F．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，化学平衡常数减小，故F错误；
故选DE；
（2）1molSO₂完全反应放出98kJ热量，则放出196kJ热量时消耗二氧化硫2mol，消耗氧气1mol，开始时c（SO₂）=$\frac{4.0mol}{100L}$=0.04mol/L，c（O₂）=$\frac{10mol}{100L}$=0.1mol/L，
该反应中SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
开始（mol/L）0.04      0.1          0
反应（mol/L）0.02      0.01        0.02
平衡（mol/L）0.02      0.09         0.02
化学平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）.\sqrt{c（{O}_{2}）}}$=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=$\frac{10}{3}$；
在该温度下，分别将0.2mol/L 的SO₂ 和0.1mol/L O₂放入固定体积的密闭容器中，当SO₂转化率为60%时，
剩余的c（SO₂）=0.2mol/L×（1-60%）=0.08mol/L，c（O₂）=0.1mol/L-0.2mol/L×60%×$\frac{1}{2}$=0.04mol/L，生成的c（SO₃）=0.2mol/L×60%=0.12mol/L，
浓度商=$\frac{0.12}{0.08×\sqrt{0.04}}$=7.5＞$\frac{10}{3}$，平衡逆向移动，
故答案为：$\frac{10}{3}$；逆；
（3）在一个2L的密闭容器中充入一定量的SO₃发生反应：其中SO₃的变化如下图所示：从10 min起，压缩容器为1L，容器体积减小导致10min时c（SO₃）增大但n（SO₃）不变，增大压强平衡正向移动，n（SO₃）逐渐增大，所以选c，故答案为：c；
（4）A．A点压强小于C点，压强越大，反应速率越大，所以反应速率A＜C，故A错误；
B．增大压强平衡逆向移动，但C点二氧化氮浓度大于A点，所以颜色A点浅、C点深，故B错误；
C．由状态B到状态A，压强不变，该反应的正反应是吸热反应，升高温度二氧化氮含量增大，则应该升高温度，故C正确；
D．化学平衡常数只与温度有关，A、C点温度相同则平衡常数相同，故D错误；
故选C；
（5）将方程式$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ/mol=-867kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律、图象分析等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析、判断及计算能力，明确平衡移动原理是解本题关键，注意（4）B为易错点，题目难度中等．