Question

SO₂和NOx在化學工業上有重要用途，也是大氣污染的主要來源，開發和利用并重，預防和治理并舉是當前工業上和環境保護領域研究的主要課題之一。
（1）在接觸法制硫酸的過程中，發生2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g) △H＜0反應，某溫度下，SO₂的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如下圖所示，根據圖示回答下列問題：

①平衡狀態由A到B時，平衡常數K(A)     K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）；
②將2．0molSO₂和1．0molO₂置于10L的密閉容器中，若40s后反應達到平衡，此時體系總壓強為0．10MPa，這一段時間內SO₂的平均反應速率為                。
該反應的平衡常數為                       。
（2）用CH₄催化還原NOx可消除氮的氧化物的污染，例如：CH₄(g)＋4NO₂(g) ＝ 4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝-574kJ·mol^—1
CH₄(g)＋4NO(g) ＝ 2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝-1160kJ·mol^—1
取標準狀況下4．48LCH₄并使之完全反應：
①若將NO₂還原至N₂，整個過程中轉移電子的物質的量為                  ；
②若還原NO₂和NO的混合物，放出的總熱量Q的取值范圍是              。

Answer 1

（1）①＝；（1分）②0．0040mol·L^-1·s^-1，800L·mol^-1；（共4分，各2分，無單位或錯誤扣1分）（2）①1．6mol（2分，無單位扣1分）②173．4kJ＜Q＜232kJ（3分）

試題分析：（1）平衡常數只受溫度的影響，溫度不變，則壓強不變，平衡狀態由A變到B時，則k（A）=k（B）；（2）由圖象知，體系總壓強為0．10MPa時SO2的平衡轉化率為0．8，則
2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）
起始：2．0mol    1．0mol         0
轉化：1．6mol    0．8mol        1．6mol
平衡：0．4mol    0．2mol         1．6mol
則平衡時：c（SO₂）=0．04mol/L，c（O₂）=0．02mol/L，c（SO₃）=0．16mol/L，SO₂的平均反應速率為1．6mol/10L/40s=0．0040mol·L^-1·s^-1，K=c(SO₃)²/c(SO₂)²·c(O₂)=(0．16)²/(0．04)²×0．02=800；（2）①CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H="-1160kJ/mol" 利用蓋斯定律將①+②/2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/moln（CH₄）=4．48L/22．4L/mol=0．2mol，整個過程中轉移的電子總數為：0．20mol×8=1．60mol，放出的熱量為：0．2mol×867kJ/mol=173．4kJ。②上述可知，若反應物中全部是為二氧化氮，放出的熱量為173．4kJ。根據蓋斯定律可據算出若全部為一氧化氮放出熱量為232kJ，故放出的熱量范圍是173．4kJ＜Q＜232kJ。