Question

【題目】用化學反應原理研究N、S氧化物有著重要的意義。

(1)已知：

2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)ΔH1=-196.6kJ/mol

2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)ΔH2=-113.8kJ/mol

NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)ΔH3

則ΔH3＝________，如果上述三個反應方程式的平衡常數分別為K1、K2、K3，則K3＝________(用K1、K2表示)。

(2)如下圖所示，A是恒容的密閉容器，B是一個體積可變的充氣氣囊。保持恒溫，關閉K2，分別將2 mol NO和1 mol O2通過K1、K3分別充入A、B中，發(fā)生的反應為2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)[不考慮2NO2(g)N2O4(g)]，起始時A、B的體積相同均為a L。

①下列說法和示意圖能說明A、B容器均達到平衡狀態(tài)的是________。

a．A、B容器中氣體的顏色均不發(fā)生變化

b．A、B容器中NO和O2物質的量濃度比均為2∶1

c．A、B容器中氣體的密度不在發(fā)生變化

d．A、B容器中氣體的平均摩爾質量不再發(fā)生變化

e.

②T ℃時，A容器中反應達到平衡時的平衡常數Kp＝0.27(kPa)－1。若A容器中反應達到平衡時p(NO2)＝200 kPa，則平衡時NO的轉化率為________。(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算所得的平衡常數，分壓＝總壓×物質的量分數)

(3)將0.2 mol SO2和0.15 mol O2通入2 L的密閉容器中，測得SO2的物質的量隨時間變化如下圖實線所示。

①ab段平均反應速率______________(填“大于”“小于”或“等于”)bc段平均反應速率；de段平均反應速率為________。

②僅改變某一個實驗條件，測得SO2的物質的量隨時間變化如上圖中虛線所示，則改變的條件是________。

③如圖電解裝置可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4+和SO42－。陰極的電極反應式是_______________。

Answer 1

【答案】-41.4kJ/mol (K1/K2)1/2 ad 75% 大于 0 加入催化劑 NO+6H++5e－=NH4++H2O

【解析】

（1）①2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，②2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，根據目標反應方程式，得出(①－②)/2，得出：△H3=(－196.6kJ·mol－1＋113.8kJ·mol－1)/2=－41.4kJ·mol－1；根據化學平衡常數的表達式，K1=，K2=，K3=，因此K3=(K1/K2)1/2；

（2）①a、NO和O2無顏色，NO2為紅棕色氣體，因此當氣體顏色不再改變，說明反應達到平衡，故a正確；

b、NO和O2的量按照化學反應方程式系數比投入，任何時刻NO和O2物質的量濃度比為2：1，因此不能說明反應達到平衡，故b錯誤；

c、組分都是氣體，氣體質量不變，a為恒容狀態(tài)，氣體體積不變，a容器中，密度不變，不能說明反應達到平衡，故c錯誤；

d、氣體總質量不變，反應前后氣體系數之和不相等，向正反應方向進行，氣體物質的量減小，即當摩爾質量不變時，說明反應達到平衡，故d正確；

e、化學平衡常數只受溫度的影響，題中所說容器為恒溫，因此任何時刻化學平衡常數不變，不能說明反應達到平衡，故e錯誤；

②令O2的壓強為P ，則NO壓強為2P，2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)

開始（kPa）2P P 0

轉化： 200 100 200

平衡： 2P－200 P－100 200 Kp==0.27，解得P=400/3Pa，則NO的轉化率為200/2P×100%=75%；

（3）①根據圖像，隨著反應進行，SO2的物質的量濃度降低，反應速率降低，即ab段平均反應速率大于bc段平均反應速率；de段達到平衡，平均反應速率為0；

②根據圖像，反應速率加快，但達到平衡時SO2的物質的量與原來相同，改變條件，只加快反應速率，對化學平衡無影響，即改變的條件是使用催化劑；

③根據電解原理，陰極上得到電子，化合價降低，因此NO在陰極上轉化成NH4＋，陰極電極反應式為NO＋6H＋＋5e－=NH4＋＋H2O。