Question

12．為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質(zhì)量，研究并有效控制空氣中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量顯得尤為重要．
（1）汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)會(huì)引起N₂和O₂的反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），是導(dǎo)致汽車(chē)尾氣中含有NO的原因之一．
①在T₁、T₂溫度下，一定量的NO發(fā)生分解反應(yīng)時(shí)N₂的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如圖1所示，根據(jù)圖象判斷反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H＞0（填“＞”或“＜”）．

②在T₃溫度下，向2L密閉容器中充入10mol N₂與5mol O₂，50秒后達(dá)到平衡，測(cè)得NO的物質(zhì)的量為2mol，則該反應(yīng)的速率v（N₂）=0.01mol•L^-1•s^-1．該溫度下，若開(kāi)始時(shí)向上述容器中充入N₂與O₂均為1mol，則達(dá)到平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為14.3%（保留一位小數(shù)）
（2）利用圖2所示裝置（電極均為惰性電極）可吸收SO₂，用陰極排出的溶液可吸收NO₂．
①陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．
②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體，同時(shí)有SO₃^2-生成．該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2．
（3）一定條件下可用甲醇與CO反應(yīng)生成醋酸消除CO污染．常溫下，將a mol•L^-1的醋酸與b mol•L^-1Ba（OH）₂溶液等體積混合，充分反應(yīng)后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol（用含a和b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”原則判斷的T₁、T₂大小，再根據(jù)平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)判斷溫度對(duì)平衡的影響；
②利用三段式求出反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量的變化量、平衡時(shí)反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量，再求出平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；再根據(jù)反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
（2）①依據(jù)電極原理和反應(yīng)過(guò)程中的離子變化寫(xiě)出電極反應(yīng)；
②依據(jù)在堿性條件下，陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，依據(jù)方程式即可解答；
（3）溶液等體積混合溶質(zhì)濃度減少一半，醋酸電離平衡常數(shù)與濃度無(wú)關(guān)，結(jié)合概念計(jì)算．

解答 解：（1）①根據(jù)圖象判斷，T₂曲線先到達(dá)平衡，反應(yīng)速率大，溫度較高，而溫度升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度向吸熱方向進(jìn)行，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)△H＞0；
故答案為：＞；
②令N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：10      5        0
反應(yīng)（mol）：1       1        2
平衡（mol）：9       4        2
N₂的反應(yīng)速率=$\frac{1mol}{\frac{2L}{50s}}$=0.01 mol•L^-1•s^-1；
平衡常數(shù)$\frac{（\frac{2mol}{2L}）^{2}}{\frac{9mol}{2L}×\frac{4mol}{2L}}$=$\frac{1}{9}$
令N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則
           N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1      1        0
反應(yīng)（mol）：x      x        2x
平衡（mol）：1-x    1-x      2x
所以$\frac{（\frac{2x}{2}）^{2}}{\frac{1-x}{2}×\frac{1-x}{2}}$=$\frac{1}{9}$，解得x=$\frac{1}{7}$，
N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{1}{7}mol}{1mol}$×100%=14.3%；
故答案為：0.01 mol•L^-1•s^-1，14.3%；
（2）①依據(jù)圖示可知，二氧化硫被氧化為硫酸根，所以二氧化硫所在的區(qū)為陽(yáng)極區(qū)，陽(yáng)極區(qū)發(fā)生反應(yīng)SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)，S₂O₄^2-中硫元素由+3價(jià)，變?yōu)榱蛩岣�中硫元素�?4價(jià)，S₂O₄^2-被氧化是還原劑；二氧化氮中的氮元素化合價(jià)為+4價(jià)變?yōu)榈獨(dú)?價(jià)，二氧化氮被還原為氧化劑，依據(jù)原子守恒和得失電子守恒可得，發(fā)生的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，所以該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2，
故答案為：1：2；
（3）通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質(zhì)為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應(yīng)平衡時(shí)，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數(shù)依據(jù)電離方程式寫(xiě)出K=$\frac{C（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×C（{H}^{+}）}{C（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式，化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素分析，原電池原理的分析應(yīng)用，主要是弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的計(jì)算，題目難度中等．