Question

二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大氣的主要污染物。綜合治理其污染是環(huán)境化學(xué)當(dāng)前的重要研究?jī)?nèi)容之一。

（1）硫酸生產(chǎn)中，SO₂催化氧化生成SO₃：

2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)

某溫度下，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如右圖所示。根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題：

①將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10MPa。該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于_____。

②平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)．平衡常數(shù)K(A)_______K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－574 kJ·mol^－1

CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)     △H＝－1160 kJ·mol^－1

若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為_(kāi)_____（阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示），放出的熱量為_(kāi)_____kJ。

（3）新型納米材料氧缺位鐵酸鹽（MFe₂O_x 3＜x＜4，M＝Mn、Co、Zn或Ni＝由鐵酸鹽（MFe₂O₄）經(jīng)高溫還原而得，常溫下，它能使工業(yè)廢氣中的酸性氧化物分解除去。轉(zhuǎn)化流程如圖所示：

請(qǐng)寫(xiě)出MFe₂O_x分解SO₂的化學(xué)方程式                               （不必配平）。

Answer 1

（1）①800L·mol^－1  ②＝ （2）1.60N_A（或1.6N_A）  173.4 （3）MFe₂O_x＋SO₂→MFe₂O₄＋S

解析:

（1）據(jù)題意當(dāng)容器中總壓強(qiáng)為0.10MPa時(shí)，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為0.80，據(jù)此可計(jì)算得出平衡時(shí)c(SO₂)=0.040mol·L^－1；c(O₂)=0.020mol·L^－1；c(SO₃)=0.16mol·L^－1。根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算式：K==800L·mol^－1；只要溫度不變，平衡常數(shù)就不改變，在此變化過(guò)程中，只有壓強(qiáng)的改變，溫度未發(fā)生變化，故K(A)=K(B)。

   （2）用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCH₄還原NO₂ 至N₂，4.48LCH₄的物質(zhì)的量為0.20mol，在此過(guò)程中CH₄中碳元素的化合價(jià)有-4價(jià)升高到+4價(jià)，轉(zhuǎn)化為CO₂，失去電子的總物質(zhì)的量為0.20mol×8= 1.60mol，故轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1.60N_A。由題目給知的熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律可以得出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－867 kJ·mol^－1，則0.2molCH₄反應(yīng)放出的熱量為867 kJ·mol^－1×0.2mol=173.4kJ。

   （3）此題中反應(yīng)物已知為MFe₂O_X和SO₂，反應(yīng)后生成MFe₂O₄，由MFe₂O_X轉(zhuǎn)化為MFe₂O₄，氧原子數(shù)增加，故SO₂失去氧原子轉(zhuǎn)化為S，反應(yīng)式為：MFe₂O_X+SO₂=MFe₂O₄+S。