Question

【題目】氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的重要原因。人們研究了諸多有關氮氧化物的性質，請回答下列問題：

（1）處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次為三個反應的平衡常數(shù)，則K3=__（用K1、K2表示）。

（2）在恒容密閉容器中通入等物質的量的CO和NO，在一定條件下發(fā)生反應：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)，測得NO的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示：

①對于氣相反應，用某組分(B)的平衡分壓強p(B)代替物質的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)kp，如果p1=1.65MPa，求a點的平衡常數(shù)kp=__（MPa）1(結果保留3位有效數(shù)字，分壓=總壓×物質的量分數(shù))。

②為探究速率與濃度的關系，該實驗中，根據(jù)相關實驗數(shù)據(jù)，粗略繪制了2條速率—濃度關系曲線：v正～c(NO)和v逆～c(CO2)則：與曲線v正～c(NO)相對應的是圖中曲線__(填“甲”或“乙”)。當降低反應體系的溫度，反應一段時間后，重新達到平衡，v正和v逆相應的平衡點分別為___(填字母)。

（3）利用電化學原理，將NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料電池，模擬工業(yè)電解法來處理含Cr2O72的廢水，如圖所示；電解過程中溶液發(fā)生反應：Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。甲電池工作時，Y是氣體，可循環(huán)使用。則石墨I附近發(fā)生的電極反應式為___。

（4）已知H3PO4為三元酸，Ka1=7.0×103mol·L1，Ka2=6.2×108mol·L1，Ka3=4.5×1013mol·L1。則Na2HPO4水溶液呈__。

Answer 1

【答案】 21.2 乙 D、H NO2+NO3--e-=N2O5 堿

【解析】

（1）對已知熱化學方程式編號，依據(jù)已知的熱化學方程式利用蓋斯定律構造CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，然后根據(jù)關系式得到平衡常數(shù)的關系；

（2）①對于氣相反應，用某組分（B）的平衡壓強p（B）代替物質的量濃度c（B）也可表示平衡常數(shù)（記作Kp），平衡常數(shù)等于生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應物平衡分壓冪次方乘積得到，結合化學平衡三段式列式計算，設體積為1L，a點NO轉化率為70%，據(jù)此計算；

②由三段式得的物質的物質的量分數(shù)，帶入公式計算可得；

③NO是反應物，CO2是生成物，隨反應進行，NO濃度減小，CO2濃度增大，降低反應體系的溫度，v正～c(NO)和v逆～c(CO2)均減小，該反應為放熱反應，平衡向正反應方向移動；

（3）由題給示意圖可知，甲電池工作時，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負極；

（4）根據(jù)Na2HPO4的電離常數(shù)和水解常數(shù)的相對大小判斷Na2HPO4在水溶液的酸堿性。

（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

③CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

由蓋斯定律得到②2-①可得③，故對應的三個反應的平衡常數(shù)K1、K2、K3之間的關系為：K3=；

（2）①根據(jù)上述分析可知，

平衡氣體總物質的量=0.3 mol +0.3 mol +0.35 mol +0.7 mol=1.65mol，因該反應的平衡常數(shù)的表達式Kp=，若P1=1.65MPa，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數(shù)，則a點的平衡常數(shù)kp=，故答案為：21.2；

③NO是反應物，CO2是生成物，隨反應進行，NO濃度減小，CO2濃度增大，則由圖可知，與曲線v正～c(NO)相對應的是圖中曲線乙；降低反應體系的溫度，v正～c(NO)和v逆～c(CO2)均減小，該反應為放熱反應，平衡向正反應方向移動，c(NO)減小、c(CO2)增大，則v正和v逆相應的平衡點分別為D和H，故答案為：乙；D、H；

（3）由題給示意圖可知，甲電池工作時，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負極，二氧化氮在負極失電子發(fā)生氧化反應生成五氧化二氮，電極反應式為NO2+NO3--e-=N2O5；

（4）Na2HPO4在水溶液中發(fā)生水解反應，水解平衡為HPO42—+H2OH2PO4—+OH—，水解平衡常數(shù)Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故溶液顯堿性，故答案為：堿。