Question

8．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：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁△H₁＜0　（Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　 K₂△H₂＜0�。á颍�
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（Ⅱ）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡．測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的轉化率α₁=75%．其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率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．陽極的電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成．該反應的離子方程式為4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O．
（5）某研究性學習小組欲探究SO₂能否與BaCl₂溶液反應生成BaSO₃沉淀．查閱資料得知常溫下BaSO₃的K_SP=5.48×10^-7，飽和亞硫酸中c（SO₃^2-）=6，3×10^-8 mol•L^-1．將0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液滴入飽和亞硫酸中，不能（填“能”或“不能”）生成BaSO₃沉淀，原因是若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7（請寫出必要的推斷過程）．

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），則該反應平衡常數(shù)為①的平衡常數(shù)平方與②的商；
（2）測得10min內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NO物質的量，進而計算NO的轉化率；
正反應為氣體物質的量減小的反應，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（Ⅱ）在恒壓條件下進行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎上增大壓強，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，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成，無害氣體為氮氣；
（5）計算濃度積Qc=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-），與溶度積Ksp（BaSO₃）比較判斷．

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NO物質的量為0.15mol，則NO的轉化率為$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反應為氣體物質的量減小的反應，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（Ⅱ）在恒壓條件下進行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，NO轉化率增大，故轉化率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，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根，陽極電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成，無害氣體為氮氣，反應離子方程式為：4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O；
（5）若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6.3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）=0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7，故不能析出BaSO₃沉淀，
故答案為：不能；若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7．

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)、電解原理應用、溶度積應用等，側重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎與靈活應用能力，難度中等．