Question

12．氮和硫的氧化物有多種，其中SO₂和NOx都是大氣污染物，對它們的研究有助于空氣的凈化．
（1）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應(yīng)：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）K₁△H₁＜0（Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）   K₂△H₂＜0  （Ⅱ）
則4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
（2）為研究不同條件對反應(yīng)（Ⅱ）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2molNO和0.1molCl₂，10min時反應(yīng)（Ⅱ）達到平衡．測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的轉(zhuǎn)化率α₁=75%．其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．NO₂尾氣常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和NaNO₂．已知NO₂^-的水解常數(shù)K_h=2×10^-11 mol•L^-1，常溫下某NaNO₂和HNO₂混合
溶液的pH為5，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為50．
（4）利用如圖所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂．陽極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃時，將amolNH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中的水的電離平衡將逆向（填”正向”“不”或“逆向”）移動，所滴加氨水的濃度為
$\frac{a}{200b}$mol•L^-1．（NH_3•H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2X10^-5mol•L^-1）

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)為①的平衡常數(shù)平方與②的商；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式計算參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量，進而計算NO的轉(zhuǎn)化率；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達平衡時壓強比起始壓強小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動；
（3）NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，據(jù)此計算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根；
（5）依據(jù)銨根離子水解分析回答；依據(jù)同粒子效應(yīng)，一水合氨對銨根離子水解起到抑制作用；依據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計算得到氨水濃度．

解答 解：（1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式可知參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量為0.15mol，則NO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達平衡時壓強比起始壓強小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，故轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁，
故答案為：75%；＞；
（3）常溫下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH為5，則溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=2×10^-11mol•L^-1，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為$\frac{c（O{H}^{-}）}{2×1{0}^{-11}}$=50，
故答案為：50；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根，陽極電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃時，將a mol NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是因為銨根離子水解；反應(yīng)的離子方程式為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；加入氨水溶液抑制銨根離子水解，平衡逆向進行；將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依據(jù)電荷守恒計算可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2×10^-5 mol•L^-1，設(shè)混合后溶液體積為1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{amol/L×1{0}^{-7}mol/L}{bL×c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）mol/L}$=2×10^-5 mol•L^-1，計算得到c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{200b}$mol/L，
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；逆向；$\frac{a}{200b}$．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡常數(shù)、水解常數(shù)、電解原理應(yīng)用、溶度積應(yīng)用等，側(cè)重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等．