Question

【題目】氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的重要原因。人們研究了諸多有關(guān)氮氧化物的性質(zhì)，請回答下列問題：

（1）處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次為三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)，則K3=__（用K1、K2表示）。

（2）在恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO和NO，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)，測得NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡分壓強(qiáng)p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)kp，如果p1=1.65MPa，求a點(diǎn)的平衡常數(shù)kp=__（MPa）1(結(jié)果保留3位有效數(shù)字，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

②為探究速率與濃度的關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，粗略繪制了2條速率—濃度關(guān)系曲線：v正～c(NO)和v逆～c(CO2)則：與曲線v正～c(NO)相對應(yīng)的是圖中曲線__(填“甲”或“乙”)。當(dāng)降低反應(yīng)體系的溫度，反應(yīng)一段時(shí)間后，重新達(dá)到平衡，v正和v逆相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為___(填字母)。

（3）利用電化學(xué)原理，將NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料電池，模擬工業(yè)電解法來處理含Cr2O72的廢水，如圖所示；電解過程中溶液發(fā)生反應(yīng)：Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。甲電池工作時(shí)，Y是氣體，可循環(huán)使用。則石墨I附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為___。

（4）已知H3PO4為三元酸，Ka1=7.0×103mol·L1，Ka2=6.2×108mol·L1，Ka3=4.5×1013mol·L1。則Na2HPO4水溶液呈__。

Answer 1

【答案】 21.2 乙 D、H NO2+NO3--e-=N2O5 堿

【解析】

（1）對已知熱化學(xué)方程式編號，依據(jù)已知的熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律構(gòu)造CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，然后根據(jù)關(guān)系式得到平衡常數(shù)的關(guān)系；

（2）①對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替物質(zhì)的量濃度c（B）也可表示平衡常數(shù)（記作Kp），平衡常數(shù)等于生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積得到，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)體積為1L，a點(diǎn)NO轉(zhuǎn)化率為70%，據(jù)此計(jì)算；

②由三段式得的物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，帶入公式計(jì)算可得；

③NO是反應(yīng)物，CO2是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行，NO濃度減小，CO2濃度增大，降低反應(yīng)體系的溫度，v正～c(NO)和v逆～c(CO2)均減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動；

（3）由題給示意圖可知，甲電池工作時(shí)，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負(fù)極；

（4）根據(jù)Na2HPO4的電離常數(shù)和水解常數(shù)的相對大小判斷Na2HPO4在水溶液的酸堿性。

（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

③CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

由蓋斯定律得到②2-①可得③，故對應(yīng)的三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)K1、K2、K3之間的關(guān)系為：K3=；

（2）①根據(jù)上述分析可知，

平衡氣體總物質(zhì)的量=0.3 mol +0.3 mol +0.35 mol +0.7 mol=1.65mol，因該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式Kp=，若P1=1.65MPa，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，則a點(diǎn)的平衡常數(shù)kp=，故答案為：21.2；

③NO是反應(yīng)物，CO2是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行，NO濃度減小，CO2濃度增大，則由圖可知，與曲線v正～c(NO)相對應(yīng)的是圖中曲線乙；降低反應(yīng)體系的溫度，v正～c(NO)和v逆～c(CO2)均減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，c(NO)減小、c(CO2)增大，則v正和v逆相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為D和H，故答案為：乙；D、H；

（3）由題給示意圖可知，甲電池工作時(shí)，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負(fù)極，二氧化氮在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成五氧化二氮，電極反應(yīng)式為NO2+NO3--e-=N2O5；

（4）Na2HPO4在水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，水解平衡為HPO42—+H2OH2PO4—+OH—，水解平衡常數(shù)Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故溶液顯堿性，故答案為：堿。