Question

13．今年，霧霾陰影籠罩全國．二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要組成成分，綜合治理其污染是環(huán)境化學(xué)當(dāng)前的重要研究?jī)?nèi)容．
（1）汽車尾氣中的 NO（g）和CO（g）在一定溫度和催化劑的條件下可凈化．發(fā)生的反應(yīng)如下：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂ （g）+N₂（g）
①已知：N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol．部分化學(xué)鍵的鍵能如下（鍵能指氣態(tài)原子形成1mol化學(xué)鍵釋放的最小能量）

化學(xué)鍵	O═O	C≡O(shè)	C═O
鍵能（kJ/mol）	497	1072	803

則反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂ （g）+N₂ （g）△H=-751.0 kJ/mol
②若上述反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，并在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)，則下列示意圖1不符合題意的是C（填選項(xiàng)序號(hào)）．（圖中ω、M、v_正 分別表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)、混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量、正反應(yīng)速率）

（2）尾氣中的SO₂可先催化氧化生成SO₃，再合成硫酸．已知：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.0kJ/mol．
①在一定溫度的密閉容器中，SO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示：
則A點(diǎn)的v_逆（SO₂ ）小于（填大于、小于或等于）B點(diǎn)的 v_正（SO₂）．
②在某溫度時(shí)，向10L的密閉容器中加入4.0molSO₂和10.0molO₂，反應(yīng)達(dá)到平衡，改變下列條件，再次達(dá)到平衡時(shí)，能使O₂的新平衡濃度和原來平衡濃度相同的是BC（填選項(xiàng)序號(hào)）．
A．在其他條件不變時(shí)，減小容器的容積
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂
C．保持溫度和容器體積不變，再充入SO₂和SO₃，使之濃度擴(kuò)大為原來的兩倍
（3）利用電化學(xué)原理，將NO₂、O₂和熔融KNO₃ 制成燃料電池，其原理如圖3所示．
該電池在工作過程中NO₂轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y，Y是一種氧化物，可循環(huán)使用．石墨Ⅱ是電池的正極，石墨Ⅰ附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．相同條件下，消耗的O₂和NO₂的體積比為1：4．
（4）尾氣中氮氧化物（NO和NO₂）也可用尿素[CO（NH₂）₂]溶液除去，反應(yīng)生成對(duì)大氣無污染的氣體．1mol 尿素能吸收工業(yè)尾氣中氮氧化物（假設(shè) NO、NO₂體積比為 1：1）的質(zhì)量為76g．

Answer 1

分析 （1）①N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol，△H=N≡N+497KJ-2N≡O(shè)=+180.0kJ/mol，2N≡O(shè)-N≡N=317KJ，先寫出化學(xué)方程式2NO+2CO═N₂+2CO₂，然后根據(jù)焓變=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能計(jì)算焓變，再根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算2molNO完全燃燒時(shí)放出的熱量，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)寫出熱化學(xué)方程式；
②A．到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
B．到達(dá)平衡后，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，氣體質(zhì)量不變，結(jié)合$\overline{M}$=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$分析；
C．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
（2）①圖象分析可知A點(diǎn)到B點(diǎn)二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，說明A點(diǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，但隨反應(yīng)物濃度減小，正反應(yīng)速率減��；
②再次達(dá)到平衡時(shí)，能使O₂的新平面濃度和原來平衡濃度相同，平衡不變，依據(jù)改變條件和影響平衡的因素分析判斷選項(xiàng)；
（3）該燃料電池中，負(fù)極上通入NO₂，正極上通入O₂，根據(jù)電解質(zhì)知，負(fù)極電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正極電極反應(yīng)式為O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，據(jù)此分析解答；
（4）根據(jù)題目信息寫出方程式，建立關(guān)系式，然后依據(jù)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol，△H=N≡N+497KJ-2N≡O(shè)=+180.0kJ/mol，2N≡O(shè)-N≡N=317KJ，反應(yīng)為2NO+2CO═N₂+2CO₂，△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=2×N≡O(shè) kJ•mol^-1+2×1072 kJ•mol^-1-N≡NkJ•mol^-1-4×803 kJ•mol^-1=-751.0kJ•mol^-1，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-751.0kJ•mol^-1，
故答案為：751.0；
②A．NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故A正確，
B．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，氣體質(zhì)量不變，平均摩爾質(zhì)量不變說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確，
C、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故C錯(cuò)誤；
故答案為：C．
（2）①一定溫度的密閉容器中，分析SO₂的轉(zhuǎn)化率時(shí)間的變化可知A點(diǎn)到B點(diǎn)二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，說明A點(diǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，反應(yīng)速率減小，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（SO₂）＜B點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（SO₂），
故答案為：小于；
②在某溫度時(shí)，向10L的密閉容器中加入4.0mol SO₂和10.0mol O₂，反應(yīng)達(dá)到平衡，改變下列條件，再次達(dá)到平衡時(shí)，能使O₂的新平面濃度和原來平衡濃度相同，分析選項(xiàng)可知
A．在其他條件不變時(shí)，減少容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，體積減小氧氣濃度增大，故A錯(cuò)誤；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂，為保持壓強(qiáng)不變，體積增大，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，氧氣濃度不變，故B正確；
C．保持溫度和容器體積不變，溫度不變平衡常數(shù)不變，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，再充入SO₂和SO₃，使之濃度擴(kuò)大為原來的兩倍，平衡常數(shù)不變，氧氣濃度不變，故C正確；
故答案為：BC．
（3）該燃料電池中，負(fù)極上通入NO₂，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正極上通入O₂，石墨Ⅱ?yàn)檎龢O，電極反應(yīng)式為O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，所以NO₃^-向負(fù)極移動(dòng)，即NO₃^-向石墨Ⅰ；
依據(jù)O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，可知1mol氧氣得到4mol電子，依據(jù)NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，1mol二氧化氮失去1mol電子，要使得失電子守恒：則消耗的O₂和 NO₂的體積比為1：4；
故答案為：正；NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅；1：4；
（4）由題目信息可知，NO、NO₂二者混合物與水反應(yīng)生成亞硝酸，反應(yīng)方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亞硝酸再與尿素反應(yīng)生成CO₂和N₂，反應(yīng)方程式為CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
（30+46）g                  1mol
1mol尿素能吸收工業(yè)尾氣中氮氧化物（假設(shè)NO、NO₂體積比為1：1）的質(zhì)量為76g，
故答案為：76．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)熱、反應(yīng)速率的計(jì)算、影響平衡移動(dòng)的因素，電極反應(yīng)式的書寫，題目綜合性強(qiáng)，明確化學(xué)平衡移動(dòng)原理及影響因素、原電池工作原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．