Question

硫及其化合物在化學工業中應用非常廣泛．
（1）汽車尾氣中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂氣體，其中

NO₂

能導致光化學煙霧的形成；
目前采用的是在汽車排氣裝置中安裝一個凈化器，可以有效的將尾氣中的有害氣體轉化．
如：CO（g）+NO₂（g）?NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ?mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1（b＞0）
則用標準狀況下的3.36L CO還原NO₂至N₂（CO完全反應）的整個過程中放出的熱量為

3(2a+b)

80

kJ（用含有a和b的代數式表示）．
（2）工業上生產硫酸時，將SO₂氧化為SO₃是關鍵一步．
①某溫度下，已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．開始時在10L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和5.0mol O₂（g），5分鐘后反應達到平衡，共放出熱量196kJ，該溫度下此反應的平衡常數K=

2.5mol^-1?L

，用O₂表示的反應速率為

0.02mol?L^-1?min^-1

．
②一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1molO₂，發生下列反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達到平衡后改變下述條件，SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來增大的是

AE

（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂
C．保持溫度和容器內壓強不變，充入1mol SO₃
D．升高溫度
E．移動活塞壓縮氣體
（3）某人設想以右圖所示裝置用電化學原理生產硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應式

SO₂+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺+2e^-

．

Answer 1

分析：（1）從光化學煙霧的形成原因進行分析，主要是汽車尾氣中排放的氮氧化物在大氣中發生復雜的變化形成的；催化凈化汽車尾氣是當前主要的措施，使有毒氣體轉化為無毒氣體，標準狀況下的3.36L CO還原NO₂至N₂（CO完全反應）的整個過程中放出的熱量，依據題給熱化學方程式結合蓋斯定律進行合并消去一氧化碳，計算得到；
（2）①依據熱化學方程式結合平衡三段式計算，求的用O₂表示的反應速率，利用得到各物質的平衡濃度計算化學平衡常數；
②依據恒溫恒容和恒溫恒壓條件下的反應特點，結合影響化學平衡的因素進行分析推斷；
（3）原電池負極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-；

解答：解：（1）汽車尾氣中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂氣體，其中氮氧化物是引起光化學煙霧的原因，故NO₂能導致光化學煙霧的形成；
    ①CO（g）+NO₂（g）?NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ?mol^-1（a＞0）
    ②2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1（b＞0）
①×2+②得到：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-（2a+b）kJ?mol^-1
標準狀況下的3.36L CO的物質的量═

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol；根據合并得到的熱化學方程式可以計算得到標準狀況0.15molCO還原NO₂至N₂（CO完全反應）的整個過程中放出的熱量為：

0.15mol×(2a+b)

4

=

3

80

(2a+b)KJ；
故答案為：NO₂；

3(2a+b)

80

；
（2）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．開始時在10L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和5.0mol O₂（g），5分鐘后反應達到平衡，共放出熱量196kJ，消耗SO₂的物質的量為2mol，根據化學平衡列式計算：
              2SO₂ +O₂?2SO₃，
起始量（mol）  4.0   5.0        0
變化量（mol）  2.0   1.0       2.0
平衡量（mol）  2.0   4.0       2.0
K=

[SO3]2

[SO2]2?[O2]

=

( 2 10 )2

( 2 10 )2× 4 10

=2.5 mol^-1?L；
v（O₂）=

2mol 10L

5min

=0.02 mol?L^-1?min^-1
②A．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃，平衡向逆反應分析移動，則SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來增大，故A正確；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，對平衡移動沒有影響，各物質的濃度不變，故B錯誤；
C．保持溫度和容器內壓強不變，充入1mol SO₃，處于等效平衡狀態，濃度不變，故D錯誤；
D．升高溫度，平衡向逆反應分析移動，SO₃的濃度減小，故E錯誤；
E．移動活塞壓縮氣體，體積減小，各物質的濃度都增大，故F正確．
故答案為：①2.5 mol^-1?L； 0.02 mol?L^-1?min^-1； ②AE；　
（3）原電池負極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-，負極電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；

點評：本題考查了汽車尾氣的處理和帶來的危害，結合熱化學方程式，根據蓋斯定律進行有關計算，化學平衡常數和速率的基本計算，影響平衡的因素的分析判斷，原電池原理的應用．