Question

【題目】研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大氣污染物的處理對緩解環(huán)境污染、能源危機具有重要意義。工業(yè)上處理氮的氧化物途徑有多種:

Ⅰ.堿吸法。

（1）利用純堿溶液吸收NO、NO2，發(fā)生的反應(yīng)共生成兩種鹽，請寫出有關(guān)氧化還原方程式：______________________________________、NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2

Ⅱ.催化氧化法：城市中NOx和CO污染主要來源于汽車尾氣，可以利用化學(xué)方法將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。

（2）已知：N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝－564 kJ·mol－1

請寫出把汽車尾氣轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)的熱化學(xué)方程式：__________________________

（3）為研究汽車尾氣轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)有關(guān)反應(yīng),在密閉容器中充入10molCO和8molNO，發(fā)生反應(yīng)，如圖為平衡時NO的體積分數(shù)與溫度、壓強的關(guān)系。

①該反應(yīng)達到平衡后，為在提高反應(yīng)速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有__________（填字母序號）。

a．改用高效催化劑 b．縮小容器的體積 c．升高溫度 d．增加CO的濃度

②壓強為10 MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進行到20 min達到平衡狀態(tài)，容器的體積為4 L，用CO2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO2)＝_______，該溫度下平衡常數(shù)Kp＝______（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù)；保留兩位有效數(shù)字）。

③若在D點對反應(yīng)容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點中的______點。

Ⅲ. 電解硝酸工業(yè)的尾氣NO可制備NH4NO3，其工作原理如圖。

（4）N極的電極反應(yīng)式為________。

（5）在25℃時，將a mol·L－1的氨水與0.1mol·L－1的硝酸等體積混合后溶液顯中性，用含a的代數(shù)式表示NH4NO3的水解常數(shù)Kh＝_____________。

Answer 1

【答案】NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2 2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1 bd 0.05mol/(L·min) 0.089MPa-1 （或4/45MPa-1） G NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+ (10a-1)×10-7

【解析】

（1）NO2在堿性條件下容易發(fā)生歧化反應(yīng)；

（2）根據(jù)蓋斯定律，要注意題給信息汽車尾氣為NOx和CO，這里指NO；

（3）2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g) ＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1，①該反應(yīng)達到平衡后，為在提高反應(yīng)速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動即可；

②利用“三段式”來解決化學(xué)平衡計算問題；

③此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，體積減少的反應(yīng)，若在D點對反應(yīng)容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，平衡將向正反應(yīng)方向移動；

（4）分析一下電解池，M電極的NO變成NH4＋，N電極的NO變成NO3－，可知M電極為陰極，N電極為陽極，則N極的電極反應(yīng)式為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，此時溶液為NH4NO3，提供O元素的只能是H2O；

（5）NH4＋＋H2ONH3·H2O＋H＋，Kh＝(c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)，a mol·L－1的氨水與0.1mol·L－1的硝酸等體積混合后溶液顯中性，則c(H＋)=，c(NH3·H2O)和c(NH4＋)可通過“三段式”來求出，再帶入水解平衡常數(shù)公式。

（1）NO2在堿性條件下容易發(fā)生歧化反應(yīng)，生成NO2-，NO3-，氧化還原方程式：NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2；

（2）根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)1反向再與反應(yīng)2加和即可得出答案，2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1，注意要寫反應(yīng)條件，此為易錯點；

（3）①該反應(yīng)達到平衡后，為在提高反應(yīng)速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動，a．改用高效催化劑，催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)平衡；b．縮小容器的體積，相當(dāng)于增大壓強，此反應(yīng)是體積減少的反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以提高反應(yīng)速率同時提高NO的轉(zhuǎn)化率，正確；c．升高溫度，反應(yīng)速率提高，但該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，錯誤；d．增加CO的濃度，濃度增大，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動，正確，故選b.d；

②壓強為10 MPa、溫度為T1下，若反應(yīng)進行到20 min達到平衡狀態(tài)，對應(yīng)圖像E點，利用“三段式”來計算：2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)

初始時物質(zhì)的量/mol 8 10 0 0

變化的物質(zhì)的量/mol x x x 0.5x

平衡時物質(zhì)的量/mol 8-x 10-x x 0.5x

NO的體積分數(shù)為25%，根據(jù)阿伏加德羅定律及推論體積分數(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)，(8-x)/( 8-x+10-x+x+0.5x)=25%，x=4，v(CO2)＝=0.05mol/(L·min)，Kp＝，PCO2=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)=P總 Mpa，同理其它物質(zhì)的分壓也可以用類似的方法來求出，然后帶入Kp＝=0.089MPa-1；

③此反應(yīng)是體積減少的反應(yīng)，放熱反應(yīng)，在D點對反應(yīng)容器降溫的同時縮小體積至體系壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，NO的體積分數(shù)降低，對應(yīng)圖像的G點；

（4）電解池中M極的NO變成NH4+，N極的NO變成NO3-，故M極為陰極，N極為陽極，介質(zhì)為NH4NO3溶液，N極的電極反應(yīng)式為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+；

（5）NH4＋＋H2ONH3·H2O＋H＋，Kh＝c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)，a mol·L－1的氨水與0.1mol·L－1的硝酸等體積混合后溶液顯中性，則c(H＋)=，c(NH3·H2O)和c(NH4＋)可通過“三段式”來求出，氨水與硝酸等體積混合的離子方程式為：

NH3·H2O+ H+ = NH4＋＋ H2O

初始時物質(zhì)的量濃度/mol/L a 0.1 0

變化的物質(zhì)的量濃度/mol/L 0.1- 0.1-0.1-

平衡時物質(zhì)的量濃度/mol/L a-0.1+ 0.1-

Kh＝c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)= (10a-1)×10-7