Question

硫及其化合物在化学工业中应用非常广泛．
（1）汽车尾气中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂气体，其中

NO₂

能导致光化学烟雾的形成；
目前采用的是在汽车排气装置中安装一个净化器，可以有效的将尾气中的有害气体转化．
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）
则用标准状况下的3.36L CO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中放出的热量为

3(2a+b)

80

kJ（用含有a和b的代数式表示）．
（2）工业上生产硫酸时，将SO₂氧化为SO₃是关键一步．
①某温度下，已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．开始时在10L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和5.0mol O₂（g），5分钟后反应达到平衡，共放出热量196kJ，该温度下此反应的平衡常数K=

2.5mol^-1?L

，用O₂表示的反应速率为

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

．
②一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO₂和1molO₂，发生下列反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），达到平衡后改变下述条件，SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大的是

AE

（填字母）．
A．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO₃
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂
C．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO₃
D．升高温度
E．移动活塞压缩气体
（3）某人设想以右图所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式

SO₂+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺+2e^-

．

Answer 1

分析：（1）从光化学烟雾的形成原因进行分析，主要是汽车尾气中排放的氮氧化物在大气中发生复杂的变化形成的；催化净化汽车尾气是当前主要的措施，使有毒气体转化为无毒气体，标准状况下的3.36L CO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中放出的热量，依据题给热化学方程式结合盖斯定律进行合并消去一氧化碳，计算得到；
（2）①依据热化学方程式结合平衡三段式计算，求的用O₂表示的反应速率，利用得到各物质的平衡浓度计算化学平衡常数；
②依据恒温恒容和恒温恒压条件下的反应特点，结合影响化学平衡的因素进行分析推断；
（3）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；

解答：解：（1）汽车尾气中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂气体，其中氮氧化物是引起光化学烟雾的原因，故NO₂能导致光化学烟雾的形成；
    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
标准状况下的3.36L CO的物质的量═

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol；根据合并得到的热化学方程式可以计算得到标准状况0.15molCO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中放出的热量为：

0.15mol×(2a+b)

4

=

3

80

(2a+b)KJ；
故答案为：NO₂；

3(2a+b)

80

；
（2）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．开始时在10L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和5.0mol O₂（g），5分钟后反应达到平衡，共放出热量196kJ，消耗SO₂的物质的量为2mol，根据化学平衡列式计算：
              2SO₂ +O₂?2SO₃，
起始量（mol）  4.0   5.0        0
变化量（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．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO₃，平衡向逆反应分析移动，则SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，故A正确；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，对平衡移动没有影响，各物质的浓度不变，故B错误；
C．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO₃，处于等效平衡状态，浓度不变，故D错误；
D．升高温度，平衡向逆反应分析移动，SO₃的浓度减小，故E错误；
E．移动活塞压缩气体，体积减小，各物质的浓度都增大，故F正确．
故答案为：①2.5 mol^-1?L； 0.02 mol?L^-1?min^-1； ②AE；　
（3）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-，负极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；

点评：本题考查了汽车尾气的处理和带来的危害，结合热化学方程式，根据盖斯定律进行有关计算，化学平衡常数和速率的基本计算，影响平衡的因素的分析判断，原电池原理的应用．