Question

3．對燃煤煙氣和汽車尾氣進行脫硝、脫碳和脫硫等處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排等目的．汽車尾氣脫硝脫碳的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ N₂（g）+2CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1．
I．已知：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1；CO的燃燒熱為c kJ•mol^-1．寫出消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO反應的熱化學方程式2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=a-b+2c kJ•mol^-1．
II．一定條件下，在一密閉容器中，用傳感器測得該反應在不同時間的NO和CO濃度如下表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/mol•L-1	1.00	0.8	0.64	0.55	0.5	0.5
c（CO）/mol•L-1	3.50	3.30	3.14	3.05	3.00	3.00

（1）在恒容密閉容器中充入CO、NO氣體，下列圖象如圖1正確且能說明反應達到平衡狀態(tài)的是AD．


（2）前2s內(nèi)的平均反應速率υ（N₂）=0.09mol/（L•s）（保留兩位小數(shù)，下同）；此溫度下，該反應的平衡常數(shù)為0.03mol•L^-1．
（3）采用低溫臭氧氧化脫硫脫硝技術，同時吸收SO₂和NO_x，獲得（NH₄）₂SO₄的稀溶液．已知常溫下，該溶液的PH=5，則$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=1.7×10⁴（已知該溫度下NH₃•H₂O的K_b=1.7×10^-5）．若向此溶液中再加入少量 （NH₄）₂SO₄固體，$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$的值將變大（填“變大”、“不變”或“變小”）．
III．如圖2所示，用無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應器隔成甲、乙兩部分，在25℃和101kPa下達到平衡時，各部分體積分別為V_甲、V_乙．此時若去掉活塞1，不引起活塞2的移動．則x=1.5，V_甲：V_乙=3：1．

Answer 1

分析 Ⅰ、已知：①2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ N₂（g）+2CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1，
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1，
③CO（g）+0.5O₂（g）=CO₂（g）△H=c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律①-②+2×③可得2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）；
Ⅱ、（1）化學平衡狀態(tài)的特征（正逆反應速率相等，各組分含量保持不變）判定，C主要圖象不符和題設要求，平均摩爾質(zhì)量應為恒定量；
（2）從表可知2s內(nèi)NO濃度變化量為0.36mol•L^-1，則N₂的濃度為0.18mol/L，再有v=$\frac{△c}{△t}$計算；平衡后四種物質(zhì)平衡濃度為0.5mol•L^-1、3mol•L^-1、0.25mol•L^-1、0.5mol•L^-1，根據(jù)化學平衡常數(shù)概念列式計算；
（3）根據(jù)水解平衡常數(shù)K_h=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$•$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb}$計算；
在（NH₄）₂SO₄溶液中存在水解反應，2NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，往（NH₄）₂SO₄溶液中再加入少量 （NH₄）₂SO₄固體，水解平衡向正方向進行，但銨根的水解率減小，可得；
Ⅲ、如圖2所示，無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應器隔成甲、乙兩部分，說明為等壓容器，對應2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要轉(zhuǎn)化到一邊成比例即等效，若去掉活塞1，不引起活塞2的移動，說明新平衡與原平衡等效，據(jù)此分析．

解答 解：Ⅰ、已知①2NO（g）+2CO（g） $\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+2CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1；
③CO（g）+0.5O₂（g）=CO₂（g）△H=c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律①-②+2×③可得2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g））△H=a-b+2c kJ•mol^-1；
故答案為：2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=a-b+2c kJ•mol^-1；
Ⅱ、（1）A、隨著反應的進行，氮氣的百分量瞪大，平衡時不再變化，故A正確；
B、△H與反應的物質(zhì)的量有關，故△H改變，與圖象不符，故B錯誤；
C、混合我替的總質(zhì)量不變，該反應的混合氣體的總的物質(zhì)的量變小，根據(jù)$\overline{M}$=$\frac{m}{n}$，平均相對分子質(zhì)量增大，平衡時不再改變，故C錯誤；
D、CO作為反應物，隨著反應的進行，濃度減小，平衡時保持不變，故D正確；
故選AD；
（2）從表可知2s內(nèi)NO濃度變化量為0.36mol•L^-1，則N₂的濃度為0.18mol/L，故其速率為$\frac{0.18mol/L}{2s}$=0.09mol•L^-1•min^-1；平衡后四種物質(zhì)平衡濃度為0.5mol•L^-1、3mol•L^-1、0.25mol•L^-1、0.5mol•L^-1，故平衡常數(shù)K=$\frac{0.52×0.25}{0.5×32}$=0.03mol•L^-1；
故答案為：0.09； 0.03mol•L^-1；
（3）水解平衡常數(shù)K_h=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$•$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_}$，pH=5，c（H⁺）=1×10^-5，則$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（{H}^{+}）}{{K}_{h}}$=$\frac{c（{H}^{+}）Kb}{Kw}$=10^-5×$\frac{1.7×1{0}^{-5}}{1×1{0}^{-14}}$=1.7×10⁴；
在（NH₄）₂SO₄溶液中存在水解反應，2NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，往（NH₄）₂SO₄溶液中再加入少量 （NH₄）₂SO₄固體，水解平衡向正方向進行，但銨根的水解率減小，所以$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$的值將變大；
故答案為：1.7×10⁴；變大；
Ⅲ、如圖2所示，無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應器隔成甲、乙兩部分，說明為等壓容器，對應2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）只要轉(zhuǎn)化到一邊成比例即等效，所以有
                     2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；
甲起始（mol）：0.6          0              x              3
轉(zhuǎn)化（mol）：0.6+2x       2x              0             3-2x
乙起始（mol）：1.2         1         0        0   
若去掉活塞1，不引起活塞2的移動，說明新平衡與原平衡等效，則3-2x=0，解得x=1.5mol，
則甲相等于3.6molCO和3molNO剛好是乙的3倍，所以V_甲：V_乙=3：1；
故答案為：1.5；3：1．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、速率計算、平衡常數(shù)計算、鹽類水解、原電池工作原理及電極反應書寫、等效平衡，綜合性強，要求學生對基礎知識的掌握扎實，計算較大，（3）、Ⅲ題目難度大．