Question

20．2014年1月4日，國家減災(zāi)辦、民政部首次將危害健康的霧霾天氣納入2013年自然災(zāi)情進(jìn)行通報．霧霾的形成與汽車尾氣和燃煤有直接的關(guān)系，新近出版的《前沿科學(xué)》雜志刊發(fā)的中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員的論文《汽車尾氣污染及其危害》，其中系統(tǒng)地闡述了汽車尾氣排放對大氣環(huán)境及人體健康造成的嚴(yán)重危害．
（1）用SO₂氣體可以消除汽車尾氣中NO₂，已知NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
一定條件下，將NO₂與SO₂以物質(zhì)的量比1：2置于體積為1L 密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，
測得上述反應(yīng)平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．
（2）目前降低尾氣中的NO和CO可行方法是在汽車排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器．NO和CO在催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生反應(yīng)：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
在25℃和101kPa下，將2.0mol NO、2.4mol氣體
CO通入到固定容積為2L的容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖所示：
①有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率為40%
②20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，
則改變的條件可能是c d（選填序號）．
a．縮小容器體積b．增加CO的量  c．降低溫度  d．?dāng)U大容器體積
（3）消除汽車尾氣中NO₂也可以用CO，已知2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；CO的燃燒熱△H=-c kJ•mol^-1．寫出消除汽車尾氣中NO₂的污染時，NO₂與CO的反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1．
（4）已知NH₃•H₂O的K_b=2.0×10^-5
①求0.10mol/L的 NH₃•H₂O的c（OH^-）=1.4×10^-3mol/L
②若向其中加入固體NH₄Cl，使c（NH₄⁺）的濃度達(dá)到0.20mol/L，則c（OH^-）=10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）利用三段法計算平衡時的濃度來計算化學(xué)平衡常數(shù)，可逆反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H＞0．設(shè)加入的二氧化氮的物質(zhì)的量為a，則二氧化硫的為2a，
                     NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的量 1a              2a               0             0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量 x                 x              x              x
平衡物質(zhì)的量 a-x            2a-x           x               x
則（a-x）：（2a-x）=1：6，
x=$\frac{4a}{5}$
平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，依據(jù)計算得到的平衡狀態(tài)下物質(zhì)的濃度計算平衡常數(shù)；
（2）①根據(jù)氮氣濃度計算參加反應(yīng)的一氧化氮濃度，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計算NO的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)v（NO）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，可以采用改變溫度或容器容積的方法；
（3）①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
將方程式①-②+2③得到；
（4）①NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
②結(jié)合平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$計算．

解答 解：（1）可逆反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H＞0．設(shè)加入的二氧化氮的物質(zhì)的量為a，則二氧化硫的為2a，
                    NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的量 1a             2a              0             0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量 x              x                 x             x
平衡物質(zhì)的量 a-x          2a-x            x              x
則（a-x）：（2a-x）=1：6，
x=$\frac{4a}{5}$，
則平衡時，C（ NO₂）=$\frac{a-x}{V}$mol/L=$\frac{a}{5V}$，
C（SO₂）=$\frac{2a-x}{V}$=$\frac{6a}{5V}$
C（SO₃）=C（NO）=$\frac{4a}{5V}$，
平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{4a}{5V}×\frac{4a}{5V}}{\frac{a}{5V}×\frac{6a}{5V}}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：$\frac{8}{3}$；
（2）①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，同一可逆反應(yīng)中，各物質(zhì)濃度變化之比等于其計量數(shù)之比，所以△C（NO）=2△C（N₂）=0.4mol/L，NO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{\frac{0.4mol/L}{2.0mol}}{2L}$×100%=40%，
故答案為：40%；
②a．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，但平衡時CO濃度大于第一次平衡濃度，故錯誤；
b．增加CO的量，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，所以CO的濃度增大，故錯誤；
c．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的濃度減小，故正確；
d．?dāng)U大容器體積，壓強(qiáng)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，但平衡時CO濃度小于第一次平衡濃度，故正確；
故選c d，
故答案為：c d；
（3）①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
將方程式①-②+2③得4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1，
故答案為：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1；
（4）①已知NH₃•H₂O的K_b=2.0×10^-5，0.10mol/L的 NH₃•H₂O溶液中電離平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，
c（OH^-）=$\sqrt{Kb×0.10mol/L}$=$\sqrt{2×1{0}^{-6}}$mol/L=1.4×10^-3mol/L，
故答案為：1.4×10^-3；
②若向其中加入固體NH₄Cl，使c（NH₄⁺）的濃度達(dá)到0.20mol/L，K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，
c（OH^-）=$\frac{K×c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{2×1{0}^{-5}×0.1}{0.2}$mol/L=10^-5mol/L，
故答案為：10^-5．

點評 本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計算以及蓋斯定律的應(yīng)用，根據(jù)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率公式計算NO的反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率，利用平衡移動原理分析平衡移動、化學(xué)平衡常數(shù)的計算，明確化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的濃度計算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．