Question

20．二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）$?_{△}^{催化劑}$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800．
②若改在容器中加入1.0mol SO₂、0.5mol O₂和amol SO₃，保持溫度不變反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)也為0.10MPa，則a=1.0mol．SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
③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）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160kJ•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，放出的熱量為173.4kJ．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖表可知平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)換率為0.80，進(jìn)而求出轉(zhuǎn)化的SO₂的物質(zhì)的量，列三段表示出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量情況，求出平衡濃度帶入平衡表達(dá)式求算．
則轉(zhuǎn)化的SO₂為：2mol×0.80=1.6mol；
②兩次平衡為等效平衡，溫度不變平衡常數(shù)不變，列三段求解．
（2）利用蓋斯定律求目標(biāo)方程式的熱化學(xué)方程式，CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-574kJ•mol^-1 ①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，將方程式變形（①+②）×$\frac{1}{2}$得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-867KJ•mol^-1
結(jié)合熱化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂整個(gè)過(guò)程中，放出的熱量．

解答 解：（1）①根據(jù)圖表得轉(zhuǎn)化的SO₂為：2mol×0.80=1.6mol
            2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）
n₀ （mol）   2.0     1.0             0
△n（mol）   1.6     0.8            1.6
n_平（mol）   0.4     0.2            1.6  
 容器體積為10L則各物質(zhì)平衡濃度：C（SO₂）=0.04mol/L  C（O₂）=0.02mol/L   C（SO₃）=0.16mol/L
K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.0{4}^{2}×0.02}$=800，
故答案為：800；
②兩次平衡為等效平衡，達(dá)到平衡后各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同．
            2SO₂（g）+O₂（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）
n_{0 （mol）}   1.0        0.5          a
△n_（mol）  0.6        0.3         0.6
n_平（mol）   0.4       0.2          1.6                   
a=1.0，
SO₂平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.6}{1.0}$×100%=60%，
故答案為：1.0；60%；
③溫度不變故K不變，故答案為：=；
（2）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-574kJ•mol^-1 ①
     CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，將方程式變形（①+②）×$\frac{1}{2}$得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-867KJ•mol^-1
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-867KJ•mol^-1～8e^-
  1                                            867KJ        8
 0.2mol                                        173.4KJ      1.6mol 
所以放出的熱量為173.4KJ，
故答案為：173.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的計(jì)算、蓋斯定律，題目設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)多，難度中等，解題時(shí)注意看清圖象，三段式在平衡計(jì)算的應(yīng)用．