题目内容

研究CO、NO2、SO2等大气污染气体的处理具有重要意义.
(1)CO可用于合成甲醇,反应方程式为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).在一定条件下将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中发生反应,5分钟后测得c(CO)=0.2mol/L,计算此段时间的反应速率v(H2)=
 
 mol/(L?min).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℃、1.3×104kPa左右,选择此条件的理由是
 
.
(2)已知:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)△H=-196.6kJ?mol-1
2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)△H=-113.0kJ?mol-1
则反应NO2(g)+SO2(g)?SO3(g)+NO(g) 的△H=
 
kJ?mol-1.
一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:2置于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
 
(填序号).
a.体系压强保持不变                b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变         d.每消耗1mol NO2的同时生成1mol SO3
当测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6,请列式计算反应NO2(g)+SO2(g)?SO3(g)+NO(g)的平衡常数K.
考点:反应速率的定量表示方法,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算
专题:化学反应中的能量变化,化学平衡专题
分析:(1)计算CO浓度变化量,再根据v=
△c
△t
计算v(CO),利用速率之比等于化学计量数之比计算v(H2);图象可知,温度升高CO的转化率减小,说明温度升高平衡左移;根据压强对平衡的影响程度,以及生产成本考虑;
(2)根据盖斯定律将两个反应相加或相减以得到NO2(g)与SO2(g)生成SO3(g)和NO(g)的反应热,再书写热化学反应方程式;
达到平衡状态时,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,再计算平衡常数.
解答: 解:(1)CO浓度变化量为
2mol
2L
-0.2mol/L=0.8mol/L,故v(CO)=
0.8mol/L
5min
=0.16mol/(L?min),速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=2v(CO)=2×0.16mol/(L?min)=0.32mol/(L?min);图象可知,温度升高CO的转化率减小,说明温度升高平衡左移,所以正向是放热反应,即△H<0;由图象可知:在250℃、1.3×104kPa下,CO的转化率已经很高.增加压强,CO的转化率提高不大,而生产成本却会显著增加,所以实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右;
故答案为:0.32;<;在250℃、1.3×104kPa下,CO的转化率已经很高.增加压强,CO的转化率提高不大,而生产成本却会显著增加;
(2)(1)由①2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)△H=-196.6kJ?mol-1,
②2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)△H=-113.0kJ?mol-1,
根据盖斯定律可知,
①-②
2
可得NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g),
则△H=
-196.6kJ/mol-(-113.0kJ/mol)
2
=-41.8kJ?mol-1;
a.无论是否达到平衡,体系压强都保持不变,不能用于判断是否达到平衡状态,故a错误;
b.混合气体颜色保持不变,说明浓度不变,达到平衡状态,故b正确;
c.SO3和NO的计量数之比为1:1,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c错误;
d.物质的量之比等于化学计量数之比,则每消耗1mol SO3的同时生成1molNO2,不能判断是否达到平衡状态,故d错误;
设起始时:c(NO2)为1mol/L,c(SO2)为2mol/L;平衡时:c(SO3)为xmol/L
                 NO2(g)+SO2(g)?SO3(g)+NO(g)
起始浓度(mol/L):1        2
平衡浓度(mol/L):1-x      2-x       x       x
据题意:
1-x
2-x
=
1
6
   解得:x=0.8
则K=
c(SO3)?c(NO)
c(NO2)?c(SO2)
=
0.8×0.8
0.2×1.2
=
8
3
≈2.67;
故答案为:NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g)△H=-41.8kJ?mol-1;b;2.67.
点评:本题考查了盖斯定律的应用、化学反应速率、化学平衡常数的计算、化学平衡的影响因素等,难度中等,侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查.
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