Question

8．碳和氮的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關．
（1）在一恒溫、恒容密閉容器中發(fā)生反應：Ni（s）+4CO（g）$?_{180-200℃}^{90-80℃}$Ni（CO）₄（g）△H＜0，利用該反應可以將粗鎳轉(zhuǎn)化為純度達99.9%的高純鎳．下列說法正確的是C（填字母編號）．
A．增加Ni的量可提高CO的轉(zhuǎn)化率，Ni的轉(zhuǎn)化率降低
B．縮小容器容積，平衡右移，△H減小
C．反應達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，CO的體積分數(shù)降低
D．當4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO） 時或容器中混合氣體密度不變時，都可說明反應已達化學平衡狀態(tài)
（2）CO與鎳反應會造成含鎳催化劑的中毒．為防止鎳催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂將CO氧化，二氧化硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫．已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁kJ?mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂kJ?mol^-1
則SO₂（g）+2CO（g）═（s）+2CO₂（g）△H=-（2Q₁-Q₂） kJ•mol^-1．
（3）對于反應：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他條件相同時，分別測得NO的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強 （p₁、p₂ ）下隨溫度變化的曲線 （如圖1）．
①比較p₁、p₂的大小關系：p₂＞p₁．
②700℃時，在壓強為p₂時，假設容器為1L，則在該條件平衡常數(shù)的數(shù)值為$\frac{1}{144}$ （最簡分數(shù)形式）．
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理如圖2所示．該電池在使用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．若該燃料電池使用一段時間后，共收集到20mol Y，則理論上需要消耗標準狀況下氧氣的體積為224L．

Answer 1

分析 （1）A．因Ni是固體，改變用量對平衡無影響；
B．一定溫度下給定的化學方程式的△H不會隨著平衡移動而改變；
C．根據(jù)外界條件和該反應本身的特點進行分析，一種氣體反應物，加入一氧化碳相當于增大體系壓強，壓強增大平衡向氣體體積減小的方向進行；
D．根據(jù)不同物質(zhì)的速率關系判斷可逆反應時，應當一正一逆，速率之比等于系數(shù)比，平衡標志是正逆反應速率相同，變量不變；
（2）分析目標反應和已知反應，運用蓋斯定律即可求得目標反應的△H；
（3）①相同溫度下，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則NO的轉(zhuǎn)化率增大；
②700℃時，在壓強為P₂時，由圖象知NO平衡轉(zhuǎn)化率為20%，則反應消耗NO2mol，氧氣為1mol，生成二氧化氮為2mol，根據(jù)平衡時濃度的冪次方之積之比計算K；
（4）據(jù)題意，根據(jù)通入氣體判斷兩極，電極反應式和電池反應式，根據(jù)電池總反應4NO₂+O₂=2N₂O₅，求出消耗O₂的量．

解答 解：（1）A．Ni是固體，濃度為常數(shù)，改變用量對平衡無影響，反應物的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．蓋斯定律可知，反應焓變只與起始和終了物質(zhì)有關，與變化過程無關，一定溫度下給定的化學方程式的△H不會隨著平衡移動而改變，只與方程式的書寫方式有關，故B錯誤；
C．因外界條件為恒溫恒容、Ni是固體且正反應為氣體體積縮小的反應，所以反應達到平衡后充入CO，相當于在恒溫恒壓條件下達平衡后又加壓，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率提高，平衡后其體積分數(shù)降低，故C正確；
D．4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）時，速率關系是正反應速率關系，不能判斷是否已達平衡，若4v_正[Ni（CO）₄]=v_逆（CO）時，說明反應達到平衡狀態(tài)，因該反應氣體質(zhì)量增加而容積不變，所以混合氣體密度是一個變量，當不變時說明反應達平衡，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）根據(jù)已知：①CO （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1
則運用蓋斯定律，SO₂（g）+2CO（g）═S（s）+2CO₂（g）可由①×2-②得到，則△H=-（2Q₁-Q₂） kJ•mol^-1，
故答案為：-（2Q₁-Q₂） kJ•mol^-1；
（3）①相同溫度下，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則NO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，相同溫度下，p₂的轉(zhuǎn)化率大于p₁，所以p₂＞p₁，故答案為：p₂＞p₁；
②700℃時，在壓強為P₂時，由圖象知NO平衡轉(zhuǎn)化率為20%，則反應消耗NO2mol，氧氣為1mol，生成二氧化氮為2mol，平衡時NO為8mol，氧氣為9mol，生成二氧化氮為2mol，則K=$\frac{{2}^{2}}{{8}^{2}×9}$=$\frac{1}{144}$；
故答案為：$\frac{1}{144}$；
（4）據(jù)題意，通O₂一極為正極，電極反應式為O₂+2N₂O₅+4e^-=4NO₃^-；通NO₂一極為負極，電極反應為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，根據(jù)電池總反應4NO₂+O₂=2N₂O₅，收集到20molN₂O₅需消耗O₂為10mol，標準狀況下體積為224L．
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；224．

點評 本題以碳和氮的化合物為載體考查化學平衡、熱化學方程式及電化學的相關知識，綜合性較強，題目難度中等．