Question

利用反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g) △H=-Q kJ/mol(Q>0)可处理NO₂、SO₂等大气污染物，具有十分重要的意义。完成下列填空：

(1)该反应中被氧化是元素是_________；写出该反应的平衡常数表达式：K=_________。增大NO₂浓度，平衡常数K_________。(填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)若上述反应在密闭容器中进行，能表明反应达到平衡状态的是_________(选填编号)。

a. 混合气体颜色保持不变                b. NO₂和NO的体积比保持不变

c. 每消耗1 mol SO₂的同时生成1 mol SO₃  d. 体系中气体平均摩尔质量保持不变

(3)一定温度下，在容积为V L的容器中发生上述反应，t min内，SO₂的物质的量下降了a mol，则这段时间内v(NO₂)=_________(用相关字母表示)。

(4)请写出两种能提高平衡转化率的措施____________、______________。

(5)其他条件相同，催化剂不同时，上述反应中SO₂的转化率随反应温度的变化如图。不考虑催化剂价格因素，生产中选择Fe₂O₃作催化剂的主要原因是___________

Answer

S 不变 ab mol/(L·min) 增加NO2 移除SO3 300-420℃间，催化效率较高

【解析】

(1)根据氧化还原反应中所含元素化合价升高被氧化、化合价降低被还原分析判断；利用化学反应的平衡常数的含义书写；

(2)平衡标志是正|逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析；

(3)同一反应，不同反应物或生成物的速率之比等于化学计量数之比，且v=；

(4)可结合影响平衡的因素分析，通过改变影响平衡的条件，促进平衡正向移动，提高SO2的转化率；

(5)根据催化剂的催化效率及催化剂达到最佳催化效率时的温度分析。

(1)在该反应中，S元素化合价由反应前SO2中的+4价变为反应后SO3中的+6价， S元素化合价升高，失去电子被氧化；此反应的平衡常数表达式：K=；化学平衡常数只与温度有关，增大NO2的浓度，对化学平衡常数无影响，所以K值不变；

(2)a．平衡体系中只有NO2气体是红棕色气体，混合气体颜色保持不变，说明NO2浓度不变，反应达到平衡状态，a正确；

b．在反应过程中NO2和NO的体积之比为变量，则当NO2和NO的体积之比保持不变，能说明反应达到平衡状态，b正确；

c．每消耗1 mol SO2的同时生成1 molSO3，说明反应正向进行，不能证明反应达到平衡状态，c错误；

d．反应前后气体的质量不变，气体的体积也不变，反应过程中体系的气体密度始终不变，所以体系气体密度不变不能证明反应达到平衡状态，d错误；

故合理选项是ab；

(3)一定温度下，在容积为V L的容器中发生上述反应，t min内，SO2的物质的量下降了a mol，则这段时间内v(SO2)== mol/(L·min)，根据在相同时间被反应速率比等于物质的化学计量数的比，可知这段时间内v(NO2)=v(SO2)= mol/(L·min)；

(4)此反应的正反应为放热反应，根据平衡移动原理，通入NO2、移走NO或SO3、降低温度或通入O2等均能促进平衡正向移动，达到提高SO2的转化率目的；

(5)由图示可知：Fe2O3在300-420℃间，催化效率较高。