Question

2．2016年12月京津晉冀出現(xiàn)多次嚴(yán)重的霧霾天氣．霧霾中含有大量的氣體污染物，其主要成分是氮的氧化物、一氧化碳和二氧化硫．
回答下列問題：
（1）有機(jī)物乙烯可以消除氮的氧化物的污染．
已知：①乙烯的燃燒熱△H=-1411.1KJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180KJ•mol^-1
則乙烯和NO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（I）△H=-1951.1KJ•mol^-1
（2）NH₃催化還原可以消除氮的氧化物的污染．
①相同條件下，在固定容積的密閉容器中選用不同的催化劑（a、b、c）發(fā)生反應(yīng)：：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）反應(yīng)產(chǎn)生N₂的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．

下列說法錯(cuò)誤的是B、C （填字母）
A．催化劑的催化效率a＞b＞c
B．X點(diǎn)時(shí)，NH₃的化學(xué)反應(yīng)速率為0.5mol•L₂•min^-1
C．達(dá)平衡時(shí)，使用催化劑c時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率最小
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)，當(dāng)K值不變時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
②恒溫恒容下，向容積為1.0L的密閉容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)平衡體系的壓強(qiáng)為反應(yīng)前壓強(qiáng)的$\frac{22}{21}$倍，則化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0mol•L^-1（保留兩位有效數(shù)字）．若上述反應(yīng)改在恒溫恒壓條件下進(jìn)行，則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)變小 （填“變大”“變小”或“不變”）．
（3）用圖2的電化學(xué)裝置可將霧霾中的SO₂、NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄．鋰錳電池是常用的一次電池．其中電解質(zhì)是LiClO₄，Li⁺通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO₂．
①D電極的名稱為陰極   （填“陰極”“陽極”“正極”或“負(fù)極”），M是H₂SO₄（填化學(xué)式）
②B電極反應(yīng)式為MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂
③C電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）所求反應(yīng)方程式可由已知熱效應(yīng)的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變；
（2）①A．根據(jù)相同時(shí)間內(nèi)，N₂濃度的變化量判斷三種催化劑的催化效率；
B．X點(diǎn)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率是瞬時(shí)反應(yīng)速率，不是平均反應(yīng)速率；
C．催化劑不改變化學(xué)平衡，只改變化學(xué)反應(yīng)速率；
D．化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變；
②根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，分析壓強(qiáng)和混合氣體物質(zhì)的量之間的關(guān)系，結(jié)合化學(xué)方程式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)，先假設(shè)平衡不移動(dòng)，再考慮平衡移動(dòng)的情況對(duì)NH₃體積分?jǐn)?shù)的影響；
（3）①D處電極上通入NO反應(yīng)，NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄，根據(jù)N化合價(jià)變化分析，結(jié)合電極反應(yīng)分析物質(zhì)M；
②鋰錳電池是原電池，由Li⁺通過電解質(zhì)遷移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，根據(jù)Mn化合價(jià)變化，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
③電解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C電極處為通入SO₂溶液參加反應(yīng)，根據(jù)電極情況寫出反應(yīng)的電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①乙烯的燃燒熱△H=-1411.1kJ/mol，則
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-1411.1kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₂=+180kJ/mol，
所求反應(yīng)為：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（l），該反應(yīng)可由①-②×3得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=△H₁-2△H₂=-1411.1-2×180=-1951.1kJ/mol，
故答案為：-1951.1；
（2）①A．根據(jù)相同時(shí)間內(nèi)，N₂濃度的變化量a增長(zhǎng)最多，則a的催化效率最高，b次之，c最低，所以催化劑的催化效率a＞b＞c，故A正確；
B．X點(diǎn)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率是瞬時(shí)反應(yīng)速率，不是平均反應(yīng)速率，因此NH₃的化學(xué)反應(yīng)速率不為0.5mol/（L•min），
故B錯(cuò)誤；
C．催化劑不改變化學(xué)平衡，只改變化學(xué)反應(yīng)速率，到達(dá)平衡時(shí)，三種催化劑作用下的反應(yīng)平衡時(shí)各組分濃度一樣，故C錯(cuò)誤；
D．化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變，若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)，當(dāng)K值不變時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故D正確．
故答案為：B、C；
②根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，恒溫恒容下，向容積為1.0L的密閉容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)平衡體系的壓強(qiáng)為反應(yīng)前壓強(qiáng)的$\frac{22}{21}$倍，則$\frac{22}{21}$=$\frac{n（平）}{n（起始）}=\frac{n（平）}{1.8mol+2.4mol}$，則n（平）=$\frac{352}{105}$mol，反應(yīng)的反應(yīng)為：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g），設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化了NH₃的物質(zhì)的量為4xmol，則平衡時(shí)有1.8-4x+2.4-6x+5x+6x=4.6，解得x=0.2，則平衡時(shí)容器中各組分的濃度為c（NH₃）=$\frac{1.8-4x}{1}$=1mol/L，c（NO）=$\frac{2.4-6x}{1}$=1.2mol/L，c（N₂）=$\frac{5x}{1}$=1mol/L，c（H₂O）=$\frac{6x}{1}$=1.2mol/L，則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{6}（NO）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$=1.0mol/L，
若上述反應(yīng)改在恒溫恒壓條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)是氣體數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)反應(yīng)，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，若平衡不移動(dòng)，則平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)，恒壓裝置平衡時(shí)容器氣體積大于恒容裝置，則恒壓裝置相當(dāng)于恒容裝置在平衡的基礎(chǔ)上減壓，則反應(yīng)向加壓方向進(jìn)行，因此反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)變小，
故答案為：1.0；變小；
（3）①D處電極上通入NO反應(yīng)，NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄，N的化合價(jià)從+2價(jià)降低為-3價(jià)，此過程得到電子，因此D電極為電解池陰極，反應(yīng)過程中產(chǎn)生H⁺，則可推測(cè)M產(chǎn)物為H₂SO₄，
故答案為：陰極；H₂SO₄；
②鋰錳電池是原電池，由Li⁺通過電解質(zhì)遷移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，Mn化合價(jià)降低，此過程為得到電子的反應(yīng)，則MnO₂電極是原電池正極，則B電極的電極反應(yīng)為：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂，
故答案為：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂；
③電解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C電極處為通入SO₂溶液參加反應(yīng)，C電極為電解池陽極，發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，則C電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)原理部分知識(shí)，包含熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，催化劑的作用，電化學(xué)知識(shí)，電極反應(yīng)式的書寫，需注意燃燒熱對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物是穩(wěn)定的參考物質(zhì)，H₂（g）變成H₂O（l），不是H₂O（g），這是易錯(cuò)點(diǎn)，涉及的知識(shí)點(diǎn)均為高頻考點(diǎn)，題目難度中等．