Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，“節(jié)能減排”，減少全球溫室氣體排放，研究NO_x、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．

（1）圖1是在101kP_a，298k條件下1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成1mol CO₂和1mol NO過程中能量變化示意圖．已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）+2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
則在298k時(shí)，反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=

 

．
（2）將0.20mol NO₂和0.10molCO充入一個(gè)容積恒定為1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，在不同條件下，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化狀況如圖2所示．
①下列說法正確的是

 

．（填序號(hào)）
a．容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化說明該反應(yīng)達(dá)到平衡
b．當(dāng)向容器中加再充入0.20mol NO時(shí)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大
c．升高溫度后，K值減小，NO₂的轉(zhuǎn)化率減小
d．向該容器內(nèi)充入He氣，反應(yīng)物的體積減小，濃度增大，所以反應(yīng)反應(yīng)速率增大
②計(jì)算產(chǎn)物NO₂在0～2min時(shí)平均反應(yīng)速率v（NO₂）=

 

mol?L^-1?min^-1；
③第4min時(shí)改變的反應(yīng)條件為

 

（填“升溫”、“降溫”）；
④計(jì)算反應(yīng)在第6min時(shí)的平衡常數(shù)K=

 

．若保持溫度不變，此時(shí)再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡將

 

移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（3）有學(xué)者想以如圖3所示裝置用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．其負(fù)極的反應(yīng)式為

 

，當(dāng)有0.25mol SO₂被吸收，則通過質(zhì)子（H⁺）交換膜的H⁺的物質(zhì)的量為

 

．
（4）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²．現(xiàn)將2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液與一定濃度的CaC1₂溶液等體積混合生成沉淀，計(jì)算應(yīng)加入CaC1₂溶液的最小濃度為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)的特征分析判斷選項(xiàng)中平衡影響因素和反應(yīng)速率影響因素；
②依據(jù)圖象數(shù)據(jù)分析計(jì)算；
③圖象分析判斷4min后反應(yīng)物濃度增大，生成物濃度減小，說明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫改變符合圖象變化；
④依據(jù)圖象讀出平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算平衡常數(shù)，再加入物質(zhì)濃度，可以利用濃度商計(jì)算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）依據(jù)圖示可知二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸根，依據(jù)電荷守恒寫出電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算通過隔膜的過氫離子；
（4）依據(jù)溶度積常數(shù)和溶液中離子濃度計(jì)算分析判斷，Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
298k條件下1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成1mol CO₂和1mol NO的熱化學(xué)方程式：
③2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（368-134）KJ/mol=-232KJ/mol
依據(jù)蓋斯定律（②-①+③）÷2得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-759KJ/mol，
故答案為：-759KJ/mol；
（2）圖象分析可知反應(yīng)為：NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g）
①a．反應(yīng)前后氣體體積不變，當(dāng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；
b．當(dāng)向容器中加再充入0.20mol NO時(shí)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K值不變，故b錯(cuò)誤；
c．升高溫度后，K值減小，說明平衡逆向進(jìn)行，NO₂的轉(zhuǎn)化率減小，故c正確；
d．向該容器內(nèi)充入He氣，總壓增大，氣體分壓不變，所以反應(yīng)反應(yīng)速率不變，故d錯(cuò)誤；
故選c；
②產(chǎn)物NO₂在0～2min時(shí)平均反應(yīng)速率v（NO₂）=

0.2mol/L-0.17mol/L

2min

=0.015mol/L?min，故答案為：0.015；
③圖象分析可知4min后二氧化氮和一氧化碳濃度增大，一氧化氮和二氧化碳濃度減小，說明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，符合圖象變化，；
故答案為：升溫；
④依據(jù)圖象分析，6min時(shí)平衡狀態(tài)下物質(zhì)的濃度為c（NO₂）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（NO）=0.02mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算，NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g），K=

0.02×0.02

0.18×0.08

=

1

36

；若保持溫度不變，此時(shí)再向容器中充入CO、NO各0.060mol，濃度商計(jì)算Qc=

0.02×0.08

0.18×0.10

=

4

45

＞K，平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：

1

36

；逆向；
（3）圖3所示裝置分析，用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．其負(fù)極的反應(yīng)為二氧化硫失電子生成硫酸根離子的過程，電極反應(yīng)為：SO₂++2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，當(dāng)有0.25mol SO₂被吸收，電子轉(zhuǎn)移0.5mol，依據(jù)電子守恒分析通過質(zhì)子（H⁺）交換膜的H⁺的物質(zhì)的量為0.5mol，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；0.5mol；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，原電池原理的理解分析，溶度積常數(shù)的計(jì)算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．