Question

工業(yè)制硫酸的過程中利用反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃（g）；△H＜0，將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，尾氣SO₂可用NaOH溶液進(jìn)行吸收．回答下列問題：
（1）用CH₄可以消除汽車尾氣中氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1mol O₂發(fā)生反應(yīng)，則下列說法正確的是

 

．
A．若反應(yīng)速率v （SO₂）﹦v （SO₃），則可以說明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，化學(xué)反應(yīng)速率加快
C．平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定都增大
D．平衡后移動(dòng)活塞壓縮氣體，平衡時(shí)SO₂、O₂的百分含量減小，SO₃的百分含量增大
E．平衡后升高溫度，平衡常數(shù)K增大
F．保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2molSO₃，再次平衡時(shí)各組分濃度均比原平衡時(shí)的濃度大
（3）將一定量的SO₂（g）和O₂（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)得到如下表中的兩組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		SO2	O2	SO2	O2
1	T1	4	2	x	0.8	6
2	T2	4	2	0.4	y	9

①實(shí)驗(yàn)1從開始到反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，v（SO₂）表示的反應(yīng)速率為

 

，表中y﹦

 

．
②T₁

 

T₂，（選填“＞”、“＜”或“=”），實(shí)驗(yàn)2中達(dá)平衡時(shí) O₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（4）尾氣SO₂用NaOH溶液吸收后會(huì)生成Na₂SO₃．現(xiàn)有常溫下0.1mol/L Na₂SO₃溶液，實(shí)驗(yàn)測(cè)定其pH約為8，完成下列問題：
①該溶液中c（Na⁺）與 c（OH^-）之比為

 

．
②該溶液中c（OH^-）=c（H⁺）+

 

+

 

（用溶液中所含微粒的濃度表示）．
③當(dāng)向該溶液中加入少量NaOH固體時(shí)，c（SO₃^2-）

 

，水的離子積K_w

 

．（選填“增大”、“減小”或“不變”）
（5）如果用含等物質(zhì)的量溶質(zhì)的下列各溶液分別來吸收SO₂，則理論吸收量由多到少的順序是

 

．
A．Na₂CO₃        B．Ba（NO₃）₂       C．Na₂S           D．酸性KMnO₄．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,酸堿混合時(shí)的定性判斷及有關(guān)ph的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）恒溫恒壓容器達(dá)到平衡，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)，平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；
A、反應(yīng)速率相等，不能說明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；
B、增加反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率才能加快；
C、平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，但各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不一定都增大；
D、平衡后移動(dòng)活塞壓縮氣體，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)物的百分含量減小，生成物的百分含量增大；
E、平衡后升高溫度，平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)K減��；
F、保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2mol SO₃，先建立恒溫恒壓下的等效平衡，再壓縮體積，可知再次平衡時(shí)各組分濃度均比原平衡時(shí)的濃度大．
（3）①先求出O₂的化學(xué)平衡時(shí)，再求出v（SO₂）的反應(yīng)速率，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，先求出參加的反應(yīng)的O₂物質(zhì)的量，再可求y；
②根據(jù)平衡移動(dòng)原理以及生成物的濃度可知：T₁＞T₂，求出實(shí)驗(yàn)2中參加反應(yīng)的O₂的物質(zhì)的量，根據(jù)轉(zhuǎn)化率的計(jì)算表達(dá)式可求出平衡時(shí) O₂的轉(zhuǎn)化率．
（4）①根據(jù)pH求出c（OH^-），而c（Na⁺）是c（Na₂SO₃）的2倍，進(jìn)而可求出中c（Na⁺）與c（OH^-）之比．
②根據(jù)物料守恒，可知c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃）．
③溶液中存在SO₃^2-的水解平衡，加入少量NaOH固體時(shí)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，可知c（SO₃^2-）增大，但溫度不變，所以水的離子積K_W不變．
（5）寫出化學(xué)方程式，根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
②2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①-②得到CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；
（2）恒溫恒壓容器達(dá)到平衡，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則
A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，是正反應(yīng)速率之比，若反應(yīng)速率2υ正（O₂）=υ逆（SO₃），才可以說明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，總壓增大，氣體分壓不變，化學(xué)反應(yīng)速率不變，故B錯(cuò)誤；
C．平衡后僅增大反應(yīng)物濃度，則平衡一定右移，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不一定都增大，兩種反應(yīng)物增大一種提高另一種轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D、平衡后移動(dòng)活塞壓縮氣體，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，平衡時(shí)SO₂、O₂的百分含量減小，SO₃的百分含量增大，故D正確；
E．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡后升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K減小，故E錯(cuò)誤；
F、原平衡中充入2mol SO₂和1mol O₂，等效于充入2mol SO₃，保持溫度和容器體積不變，平衡后再充入2mol SO₃，即增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物濃度比原平衡時(shí)的濃度大，壓縮體積時(shí)，濃度已是原平衡的2倍，雖然平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但因?yàn)橥饨缫蛩乇绕胶庖苿?dòng)對(duì)平衡的影響更大，所以，反應(yīng)物的濃度仍然增大．因此，再次平衡時(shí)各組分濃度均比原平衡時(shí)的濃度大，故F正確；
故答案為：DF；
（3）①由表中數(shù)據(jù)，v（O₂）=

2mol-0.8mol 2L

6min

=0.1 mol?L^-1?min^-1     
根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（SO₂）=2v（O₂）=0.2mol?L^-1?min^-1      
實(shí)驗(yàn)2中，n（SO₂）_參加?（4-0.4）mol=3.6mol     
 n（O₂）_消耗=0.5n（SO₂）=1.8mol     
平衡時(shí)n（O₂）=（2-1.8）mol=0.2mol 
故答案為：0.2mol?L^-1?min^-1 ；0.2mol；
②平衡時(shí)，實(shí)驗(yàn)1中n（O₂）=0.8mol 實(shí)驗(yàn)2中n（O₂）=0.2mol，而開始時(shí)反應(yīng)物的起始量相等，實(shí)驗(yàn)1到實(shí)驗(yàn)2的過程，相當(dāng)于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，降溫能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即T₁＞T₂；  
實(shí)驗(yàn)2中達(dá)平衡時(shí) O₂的轉(zhuǎn)化率=n（O₂）_消耗÷n（O₂）_起始×100%=1.8mol÷2mol×100%=90%
故答案為：＞；90%；
（4）依據(jù)pH=8得到c（OH^-）=10^-14÷10^-8=10^-6mol?L^-1
而c（Na⁺）=2×c（Na₂SO₃）=2×0.1mol?L^-1=0.2mol?L^-1
則c（Na⁺）：c（OH^-）=0.2mol?L^-1÷10^-6mol?L^-1=2×10⁵
故答案為：2×10⁵；
②溶液中存在物料守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃），故答案為：c（HSO₃^-）；2c（H₂SO₃）；
③Na₂SO₃溶液中存在水解平衡：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-根據(jù)水解平衡移動(dòng)原理，加入少量NaOH固體，增大了c（OH^-），平衡向逆方向移動(dòng)，c（SO₃^2-）增大 水的離子積K_w只受溫度影響，由于溫度不變，所以K_w不變，故答案為：增大； 不變；
（5）假設(shè)溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量為1mol，則   
A中：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂              
    1mol   1mol
B中：3Ba（NO₃）₂+3SO₂+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO+4HNO₃（SO₂溶于水后顯酸性，酸性條件下會(huì)被NO₃-氧化成SO₄^2-，再和Ba₂⁺生成沉淀）     
      1mol      1.5mol
C中：Na₂S+2SO₂+H₂O=H₂S+2NaHSO₃
     1mol 2mol
 2H₂S+SO₂=3S+2H₂O
 1mol 0.5mol
所以1mol 的Na₂S最終可吸收2.5molSO₂
D中：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄  
   1mol   2.5mol
故答案為：B＞C=D＞A．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，關(guān)鍵要掌握有關(guān)可逆反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理以及利用水的離子積K_W進(jìn)行溶液中pH簡(jiǎn)單計(jì)算等，題目難度較大．