Question

11．汽車尾氣的主要成分有CO、SO₂、NO、NO₂等．
（1）利用氨水可以將SO₂、NO₂吸收，原理如圖1所示．
請寫出NO₂被吸收反應(yīng)的離子方程式2NO₂+4HSO₃^-═N₂+4SO₄^2-+4H⁺．
（2）科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦（TiO₂）催化分解汽車尾氣的研究．
①已知：
反應(yīng)Ⅰ：Ⅰ：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁ =-113.0 kJ•molˉ¹
反應(yīng)Ⅱ：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（1）△H₂ =-288.4 kJ•molˉ¹
反應(yīng)Ⅲ：3NO₂（g）+H₂O（g）═2HNO₃+2NO（g）△H₃ =-138.0 kJ•molˉ¹
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）═NO（g）+SO₃（1）△H₄=-87.7 kJ/mol
②已知TiO2催化尾氣降解原理可表示為：
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₅；
2H₂O（g）+4NO（g）+3O₂（g）?4HNO₃（g）△H₆．
在O₂、H₂O（g）濃度一定條件下，模擬CO、NO的降解，得到其降解率（即轉(zhuǎn)化率）如圖2所示．請解釋t s后NO降解率下降的可能原因隨著反應(yīng)的進行，可能發(fā)生反應(yīng)2NO=N₂+O₂生成氮氣，NO濃度降低，使平衡2H₂O+4NO+3O₂?4HNO₃向逆反應(yīng)方向移動．
（3）瀝青混凝土也可降解CO．圖3為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土（α、β型）在不同溫度下，反應(yīng)相同時間，測得CO降解率變化．結(jié)合圖2回答下列問題：
①已知在50℃時在α型瀝青混凝土容器中，平衡時O₂濃度為00.01mol•L^-1，求此溫度下CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)$\frac{100{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$．
②下列關(guān)于圖2的敘述正確的是BC
A．降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大，可知CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)K_b＜Kc
B．相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大
C．d點降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效
③科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO₂改為催化效果更好的TiO₂納米管，在10℃～60℃范圍內(nèi)進行實驗，請在圖2中用線段與“”陰影描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現(xiàn)的最大區(qū)域范圍．
（4）TiO₂納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解，寫出陽極的電極反應(yīng)式Ti-4e^-+2H₂O=TiO₂+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)流程圖知，NO₂與NH₄HSO₃反應(yīng)，+4價的氮氧化+4價的硫，NO₂被NH₄HSO₃吸收生成N₂，NO₂得電子被還原，則HSO₃^-被氧化生成SO₄^2-，據(jù)此書寫離子方程式；
（2）①根據(jù)已知方程式構(gòu)建目標方程式，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
②根據(jù)平衡移動原理來分析，減少反應(yīng)物濃度，平衡逆向移動；
（3）①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
②A．平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度升高向吸熱方向進行，即向逆反應(yīng)方向進行；
B．相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大；
C．d點降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效；
③據(jù)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響平衡移動畫圖；
（4）據(jù)陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)書寫電極反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）根據(jù)流程圖知，NO₂被NH₄HSO₃吸收生成N₂，N元素化合價由+4價變?yōu)?價，NO₂得電子被還原，則HSO₃^-失電子被氧化，被氧化生成SO₄^2-，反應(yīng)的方程式為：4NH₄HSO₃+2NO₂=N₂+4NH₄HSO₄，離子方程式為2NO₂+4HSO₃^-═N₂+4SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2NO₂+4HSO₃^-═N₂+4SO₄^2-+4H⁺；
（2）①反應(yīng)Ⅰ：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁ =-113.0 kJ/mol
反應(yīng)Ⅱ：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（1）△H₂ =-288.4 kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律（Ⅱ-Ⅰ）×$\frac{1}{2}$得反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）═NO（g）+SO₃（1），則△H₄=[（-288.4 kJ/mol）-（-113.0 kJ/mol）]×$\frac{1}{2}$=-87.7 kJ/mol
故答案為：-87.7 kJ/mol；
②可能的原因是t s后發(fā)生反應(yīng)2NO=N₂+O₂生成氮氣，并且NO濃度降低，2H₂O+4NO+O₂?4HNO₃平衡逆向移動，造成HNO₃濃度降低，
故答案為：隨著反應(yīng)的進行，可能發(fā)生反應(yīng)2NO=N₂+O₂生成氮氣，NO濃度降低，使平衡2H₂O+4NO+3O₂?4HNO₃向逆反應(yīng)方向移動；
（3）①CO的降解率為x，設(shè)起始CO濃度為1mol/L，
                    2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）
開始（c）         1                             0
變化                 x         $\frac{1}{2}$x                x
平衡              1-x          0.1              x，
k=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{0．{1}^{2}×（1-x）^{2}}$=$\frac{100{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$，
故答案為：$\frac{100{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$；
②A．平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度升高向吸熱方向進行，即向逆反應(yīng)方向進行，k=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（{O}_{2}）}$，故k減小，即K_b＞K_c，故A錯誤；
B．由圖得，相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大，故B正確；
C．d點降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效，故C正確；
故答案為：BC；

③據(jù)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響平衡移動，故圖為，
故答案為：；
（4）陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為Ti-4e^-+2H₂O=TiO₂+4H⁺，

故答案為：Ti-4e^-+2H₂O=TiO₂+4H⁺．

點評 本題考查反應(yīng)熱的計算、平衡移動原理的應(yīng)用，平衡常數(shù)，電極反應(yīng)方程式的書寫等知識，注意平衡移動原理的應(yīng)用，該題難點為（3）②作圖，本題難度中等．