二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料,但也是大气的主要污染物

二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料,但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。

(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

某温度下,SO2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如右图所示。根据图示回答下列问题:

①将2.0mol SO2和1.0mol O2置于10L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa。该反应的平衡常数等于_____。

②平衡状态由A变到B时.平衡常数K(A)_______K(B)(填“>”、“<”或“=”)。

(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H=-574 kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)     △H=-1160 kJ·mol1

若用标准状况下4.48L CH4还原NO2至N2整个过程中转移的电子总数为______(阿伏加德罗常数的值用NA表示),放出的热量为______kJ。

(3)新型纳米材料氧缺位铁酸盐(MFe2Ox 3<x<4,M=Mn、Co、Zn或Ni=由铁酸盐(MFe2O4)经高温还原而得,常温下,它能使工业废气中的酸性氧化物分解除去。转化流程如图所示:

请写出MFe2Ox分解SO2的化学方程式                               (不必配平)。

答案

(1)①800L??mol-1  ②= (2)1.60NA(或1.6NA)  173.4 (3)MFe2Ox+SO2→MFe2O4+S


解析:

(1)据题意当容器中总压强为0.10MPa时,SO2的平衡转化率为0.80,据此可计算得出平衡时c(SO2)=0.040mol??L-1;c(O2)=0.020mol??L-1;c(SO3)=0.16mol??L-1。根据平衡常数的计算式:K= =800L??mol-1;只要温度不变,平衡常数就不改变,在此变化过程中,只有压强的改变,温度未发生变化,故K(A)=K(B)。

   (2)用标准状况下4.48LCH4还原NO2 至N2,4.48LCH4的物质的量为0.20mol,在此过程中CH4中碳元素的化合价有-4价升高到+4价,转化为CO2,失去电子的总物质的量为0.20mol×8= 1.60mol,故转移电子数为1.60NA。由题目给知的热化学方程式,根据盖斯定律可以得出CH4还原NO2至N2的热化学方程式为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H=-867 kJ??mol-1,则0.2molCH4反应放出的热量为867 kJ??mol-1×0.2mol=173.4kJ。

   (3)此题中反应物已知为MFe2OX和SO2,反应后生成MFe2O4,由MFe2OX转化为MFe2O4,氧原子数增加,故SO2失去氧原子转化为S,反应式为:MFe2OX+SO2=MFe2O4+S。

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