Question

1．碳、硫和氮的氧化物與大氣污染密切相關(guān)，對(duì)CO₂、SO₂和NO₂的研究很有意義．
（1）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)NO_x與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時(shí)，涉及如下反應(yīng)：
I：2NO₂（g）+NaCl（g）?NaNO₃（g）+ClNO（g）△H₁＜0（平衡常數(shù)為K₁）
II：ZNO（g）+Cl（g）?2ClNO（g）△H₂＜0（平衡常數(shù)為K₂）
III：4NO₂（g）+2NaCl（g）?2NaNO₂（g）+2NO（g）+Cl₂（g）△H₃ （平衡常數(shù)為K₃）
反應(yīng)III中K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示），△H₃=2△H₁-△H₂（用△H₁、△H₂表示）．若反應(yīng) II在恒溫、恒容條件下進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是AD．
A．容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)保持不變
B．v正（NO）=v逆（Cl₂）
C．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變
D．容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
（2）汽車尾氣中排放的NO_x和CO會(huì)污染環(huán)境，在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低NO_x和CO的排放，為了模擬應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的工作情況，控制一定條件，讓反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，用傳感器測(cè)得不同時(shí)間NO（g）和CO（g）的濃度如表：

時(shí)間/S	0	1	2	3	4	5
c（NO）/（10-4mol/L）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/（10-3mol/L）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

平衡時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率ɑ（NO）=90%，
此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000．
（3）科學(xué)家提出由CO₂制取C的工藝如圖1所示．已知：在重整系統(tǒng)中n（FeO）：n（CO₂）=5：1則在“熱分解系統(tǒng)”中，F(xiàn)e_xO_y的化學(xué)式為Fe₅O₇．

（4）NQ_x可“變廢為寶”，由NO電解可制備NH₄NO₃，其工作原理如圖2所示（M、N為多孔電極）．為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需向電解產(chǎn)物中補(bǔ)充適量NH₃．電解時(shí)M和電源負(fù) 極（填“正或負(fù)”）相連，書寫N極發(fā)生的電極反應(yīng)式．

Answer 1

分析 （1）已知：Ⅰ、2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
Ⅱ、2NO（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），由此計(jì)算該反應(yīng)平衡常數(shù)和△H₃，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（2）由圖表可知反應(yīng)進(jìn)行到4s時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，
                                   2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始濃度（10^-4mol/L）        10             36            0          0
變化濃度（10^-4mol/L）        9                9           4.5          9
平衡濃度（10^-4mol/L）        1.0            27            4.5       9
根據(jù)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)計(jì)算公式計(jì)算即可；
（3）由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，根據(jù)原子守恒確定Fe_xO_y的化學(xué)式；
（4）電解NO制備NH₄NO₃，M極發(fā)生還原反應(yīng)為陰極，N極NO被氧化為NO₃^-是陽極，據(jù)此分析判斷并寫出N極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g） K₁ △H＜0 （I）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g） K₂ △H＜0 （II）
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，△H₃=2△H₁-△H₂；
A．在恒溫、恒容條件下，反應(yīng)2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）進(jìn)行過程中氣體總物質(zhì)的量不斷變化，壓強(qiáng)也在變化，當(dāng)容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．當(dāng)v正（NO）=2v逆（Cl₂）時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體的質(zhì)量和體積始終不變，則容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變，無法判斷是平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．混合氣體的質(zhì)量和始終不變，氣體的總物質(zhì)的量不確定，當(dāng)容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；2△H₁-△H₂；AD；
（2）由圖表可知反應(yīng)進(jìn)行到4s時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，
                                   2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始濃度（10^-4mol/L）        10             36            0          0
變化濃度（10^-4mol/L）        9                9           4.5          9
平衡濃度（10^-4mol/L）        1.0            27            4.5       9
平衡時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率ɑ（NO）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol/L}{10×1{0}^{-4}mol/L}×100%$=90%；
此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（4.5×1{0}^{-4}mol/L）×（9×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}{（1.0×1{0}^{-4}mol/L）^{2}×（27×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}$=5000，
故答案為：90%；5000；
（3）由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，發(fā)生的反應(yīng)中n（FeO）：n（CO₂）=5：1，根據(jù)Fe原子、O原子守恒可知x：y=5：（5+2）=5：7，故Fe_xO_y的化學(xué)式為Fe₅O₇；
故答案為：Fe₅O₇；
（4）電解NO制備NH₄NO₃，M極發(fā)生還原反應(yīng)為電解池的陰極，連接電源的負(fù)極，而N極上發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，
故答案為：負(fù)；NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷及計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用以及電解原理的應(yīng)用等知識(shí)，較為綜合，考查對(duì)圖表分析提取信息能力等，為高考常見題型，題目難度中等．