Question

4．某條件下，在2L密閉容器中發(fā)生如下反應：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），在三種不同條件下進行，其中實驗Ⅰ、Ⅱ都在800℃，實驗Ⅲ在850℃，NO、O₂的起始濃度都為0，NO₂的濃度（mol•L^-1）隨時間（min）的變化如圖所示．請回答下列問題：
（1）實驗Ⅱ隱含的反應條件是使用了催化劑．
（2）實驗II中，從反應開始至達到平衡，用氧氣濃度變化表示的化學反應速率為0.0125mol•L^-1•min^-1．
（3）800℃時，該反應的平衡常數(shù)K=0.25．該反應是吸（填“吸”或“放”）熱反應．
（4）若實驗Ⅰ中達到平衡后，再向密閉容器中通入2mol由物質的量之比為1：1組成的NO₂與O₂混合氣體（保持溫度不變），此時反應將向向正反應方向（填“正反應”或“逆反應”）方向進行．
（5）NO₂、NO是重要的大氣污染物，近年來人們利用NH₃在一定條件下與之反應而將其轉化為無害的參與大氣循環(huán)的物質，如：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．若將此反應設計成原電池，融熔K₂CO₃為電解質，則正極反應方程式為：2NO₂+4CO₂+8e^-=N₂+4CO₃^2-或6NO₂+12CO₂+24e^-=3N₂+12CO₃^2-．
（6）向AlCl₃溶液中逐滴加入氨水，發(fā)生如下反應Al³⁺+3NH₃•H₂O?Al（OH）₃↓+3NH${\;}_{4}^{+}$，一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時，沉淀已完全．已知當溶液中Al³⁺恰好沉淀完全時溶液的pH=4.7，則Al（OH）₃的溶度積常數(shù)為1.25×10^-33mol⁴•L^-4（已知：lg2=0.3）．

Answer 1

分析 （1）實驗Ⅰ和實驗Ⅱ平衡時NO₂的濃度相同，但實驗Ⅱ反應速率大；
（2）圖象中二氧化氮的濃度改變?yōu)?.0mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算得到，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算得到氧氣表示的反應速率；
（3）化學平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應物濃度冪之比的比，由圖可知，溫度越高，平衡時NO₂的濃度越�。�
（4）根據(jù)平衡常數(shù)和濃度商判斷平衡移動，實驗Ⅰ中達平衡后，c（NO₂）=0.5mol/L，
            2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
開始（mol/L）：1        0      0
變化（mol/L）：0.5     0.5     0.25
平衡（mol/L）：0.5     0.5     0.25
平衡常數(shù)k=$\frac{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=0.25；
（5）利用氧化還原反應分析發(fā)生的化學反應，8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．若將此反應設計成原電池，融熔K₂CO₃為電解質，正極是二氧化氮得到電子發(fā)生還原反應；
（6）依據(jù)溶液pH計算溶液中氫離子濃度，結合溶度積常數(shù)計算氫原子氫氧根離子濃度，溶度積常數(shù)Ksp=c³（OH^-）c（Al³⁺）計算得到．

解答 解：（1）因實驗Ⅰ和實驗Ⅱ平衡時NO₂的濃度相同，但實驗Ⅱ反應速率大，則實驗Ⅱ使用了催化劑，故答案為：使用了催化劑；
（2）實驗Ⅱ達到平衡所需時間為20min，圖象中二氧化氮的濃度改變?yōu)?.0mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，二氧化氮的反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{20min}$=0.025mol/L，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算得到氧氣表示的反應速率=$\frac{1}{2}$V（NO₂）=$\frac{1}{2}$×0.025mol/L=0.0125mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.0125mol•L^-1•min^-1；
（3）由反應2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），則K=$\frac{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，實驗Ⅰ中達平衡后，c（NO₂）=0.5mol/L，
              2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
開始（mol/L）：1         0       0
變化（mol/L）：0.5       0.5     0.25
平衡（mol/L）：0.5       0.5     0.25
平衡常數(shù)k=$\frac{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.25×0．{5}^{2}}{0．{5}^{2}}$=0.25，
又溫度越高，平衡時NO₂的濃度越小，則正反應為吸熱反應，
故答案為：0.25；吸；
（4）實驗Ⅰ中達平衡后，c（NO₂）=0.5mol/L，
2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
開始（mol/L）：1 0 0
變化（mol/L）：0.5 0.5 0.25
平衡（mol/L）：0.5 0.5 0.25
平衡常數(shù)k=$\frac{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=0.25，
通入2mol由物質的量之比為1：1組成的NO₂與O₂混合氣體（保持溫度不變），
此時為c（NO₂）=0.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=1mol/L，c（NO）=0.5mol/L，c（O₂）=0.25mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=0.75mol/L，
濃度商為Qc=$\frac{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0．{5}^{2}×0.75}{{1}^{2}}$=0.1825＜0.25，平衡向右移動，
故答案為：向正反應方向；
（5）8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．若將此反應設計成原電池，融熔K₂CO₃為電解質，因氨氣具有還原性，NO₂具有氧化性，由氧化還原反應轉化為無毒的氮氣可排放在環(huán)境中，氧化還原反應為8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O形成原電池反應正極上是二氧化氮得到電子生成氮氣，電極反應為：2NO₂+4CO₂+8e^-=N₂+4CO₃^2-或6NO₂+12CO₂+24e^-=3N₂+12CO₃^2-；
故答案為：2NO₂+4CO₂+8e^-=N₂+4CO₃^2-或6NO₂+12CO₂+24e^-=3N₂+12CO₃^2-；
（6）已知當溶液中Al³⁺恰好沉淀完全時溶液的pH=4.7，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4.7}}$=10^-9.3mol/L=$\frac{1{0}^{-9}}{1{0}^{0.3}}$mol/L=$\frac{1×1{0}^{-9}}{2}$mol/L=5×10^-5mol/L，一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時，沉淀已完全，則Al（OH）₃的溶度積常數(shù)為Ksp=c³（OH^-）c（Al³⁺）=（5×10^-10）³×1×10^-5 =1.25×10^-33mol⁴•L^-4；
故答案為：1.25×10^-33mol⁴•L^-4．

點評 本題考查圖象與化學平衡，原電池原理分析，溶度積常數(shù)、平衡常數(shù)的計算分析，明確影響化學平衡的因素及圖象中量的是解答本題的關鍵，注意利用K與Q來分析平衡移動的方法，題目難度中等．