Question

2．氮的氧化物處理和利用是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)．
Ⅰ．堿吸法．用燒堿溶液吸收NO、NO₂制備亞硝酸鹽：
2NaOH+NO₂+NO═2NaNO₂+H₂O，
2NO₂+2NaOH═NaNO₂+H₂O．
已知：298K時(shí)，K_a（HNO₂）=5×10^-4
（1）298K時(shí)，NaNO₂的水解常數(shù)約為2.0×10^-11．
Ⅱ．電解法．工業(yè)上以石墨為電極，用硝酸銨稀溶液作電解質(zhì)溶液電解NO獲得氮肥（在電解后溶液中通入適量氨氣），其原理為8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$5NH₄NO₃
（2）陰極的電極反應(yīng)式為NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O
（3）陽(yáng)極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH減小  （填“增大”“減小”或“不變”）．
Ⅲ．化合法．亞硝酸酰氯（NOCl）是有機(jī)合成中的重要試劑，可用NO和Cl₂反應(yīng)得到，化學(xué)方程式為2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g）．
（4）氮氧化物與懸浮大氣中的海鹽粒子相互作用會(huì)生成NOCl，涉及的相關(guān)反應(yīng)有：

	熱化學(xué)方程式	平衡常數(shù)
①	2NO2（g）+NaCl（s）?NaNO3（s）+NOCl（g）△H1	K1
②	4NO2（g）+2NaCl（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）△H2	K2
③	2NO（g）+Cl2（g）?2NOCl（g）△H3	K3

△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系為△H₃=2△H₁-△H₂；K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用含K₁、K₂的關(guān)系式表示）．
（5）在2L恒容容器中充入4molNO（g）和2molCl₂（g），在不同溫度下測(cè)得c（NOCl）與時(shí)間（t）的關(guān)系如圖1所示．

①T₂時(shí)反應(yīng)0～10min內(nèi)NOCl的平均反應(yīng)速率v（NOCl）=0.05mol•L^-1•min^-1
②T₂時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K為$\frac{1}{6.75}$L/mol；NO的平衡轉(zhuǎn)化率α（NO）為25%．
③T₂時(shí)向上述平衡體系中再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），則平衡向左  （填“向左”“向右”或“不”）移動(dòng)．
（6）在密閉容器中充入NO（g）和Cl₂（g），改變外界條件，Cl₂的轉(zhuǎn)化率變化如圖2所示．則該條件可能為B （填字母）．
A．升高溫度    B．增大壓強(qiáng)   C．增大起始投料比$\frac{c（C{l}_{2}）}{c（NO）}$         D．增大催化劑接觸面．

Answer 1

分析 I．（1）298K時(shí)，NaNO₂水解，水解方程式為：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，根據(jù)HNO₂的電離平衡常數(shù)計(jì)算NO₂^-的水解常數(shù)；
II．（2）工業(yè)上以石墨為電極，用硝酸銨稀溶液作電解質(zhì)溶液電解NO獲得氮肥，電解原理為原理為8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$5NH₄NO₃，電解池陰極的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，分析總反應(yīng)方程式中N元素的化合價(jià)變化，NO中N為+2價(jià)，NH₃中N為-3價(jià)，NH₄⁺中N為-3價(jià)，NO₃^-中N為+5價(jià)，則反應(yīng)過(guò)程中NO得到電子，N元素化合價(jià)降低，生成NH₄⁺，根據(jù)元素守恒和電子得失守恒寫出陰極的電極反應(yīng)方程式；
（3）總反應(yīng)方程式減去陰極反應(yīng)式就是陽(yáng)極反應(yīng)式，陽(yáng)極應(yīng)為H₂O失去電子，生成O₂，產(chǎn)生H⁺，據(jù)此分析溶液的pH值變化；
（4）根據(jù)蓋斯定律求解焓變的關(guān)系，對(duì)于平衡常數(shù)，方程式相加，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)相乘，方程式相減，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)相除，方程式乘以系數(shù)，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)的指數(shù)就是系數(shù)，據(jù)此計(jì)算；
（5）①T₂時(shí)，根據(jù)圖象，0～10min內(nèi)NOCl的物質(zhì)的量濃度增量為△c=0.5mol/L，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間為△t=10min，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率計(jì)算公式v（NOCl）=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②反應(yīng)為2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反應(yīng)平衡時(shí)c（NOCl）=0.5mol/L，根據(jù)方程式計(jì)算體系中各組分的濃度，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{2}（NOCl）}{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}$，代入計(jì)算，注意單位，起始充入4molNO，根據(jù)平衡時(shí)的NO的量計(jì)算轉(zhuǎn)化的NO的量，據(jù)此計(jì)算NO的平衡轉(zhuǎn)化率α（NO）；
③溫度不變，則平衡常數(shù)不變，根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計(jì)算T₂時(shí)的平衡常數(shù)，平衡時(shí)再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），計(jì)算此時(shí)的反應(yīng)商J，根據(jù)反應(yīng)商J與K的關(guān)系，判斷化學(xué)反應(yīng)的方向；
（6）在密閉容器中充入NO（g）和Cl₂（g），反應(yīng)為2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，根據(jù)圖象分析反應(yīng)的焓變情況，考慮溫度變化、壓強(qiáng)變化、濃度變化等因素對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)的影響，據(jù)此分析判斷．

解答 解：（1）298K時(shí)，NaNO₂水解，水解方程式為：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，HNO₂的電離平衡常數(shù)為K_a=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{O}_{2}^{-}）}{c（HN{O}_{2}）}$，則NO₂^-的水解常數(shù)為K_h=$\frac{c（HN{O}_{2}）c（O{H}^{-}）}{c（N{O}_{2}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$=2.0×10^-11，
故答案為：2.0×10^-11；
（2）工業(yè)上以石墨為電極，用硝酸銨稀溶液作電解質(zhì)溶液電解NO獲得氮肥，電解原理為原理為8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$5NH₄NO₃，電解池陰極的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，分析總反應(yīng)方程式中N元素的化合價(jià)變化，NO中N為+2價(jià)，NH₃中N為-3價(jià)，NH₄⁺中N為-3價(jià)，NO₃^-中N為+5價(jià)，則反應(yīng)過(guò)程中NO得到電子，N元素化合價(jià)降低，生成NH₄⁺，則陰極的電極反應(yīng)式為NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O，
故答案為：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；
（3）總反應(yīng)方程式減去陰極反應(yīng)式就是陽(yáng)極反應(yīng)式，則陽(yáng)極反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺陽(yáng)極為H₂O失去電子，生成O₂，產(chǎn)生H⁺，則陽(yáng)極區(qū)酸性增強(qiáng)，pH值降低，
故答案為：減小；
（4）已知三個(gè)熱化學(xué)反方程式，則③=①×2-②得到，根據(jù)蓋斯定律，△H₃=2△H₁-△H₂，根據(jù)多重平衡規(guī)則，對(duì)于平衡常數(shù)的計(jì)算，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)相乘，方程式相減，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)相除，方程式乘以系數(shù)，方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)的指數(shù)就是系數(shù)，則K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：△H₃=2△H₁-△H₂；$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；
（5））①T₂時(shí)，根據(jù)圖象，0～10min內(nèi)NOCl的物質(zhì)的量濃度增量為△c=0.5mol/L，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間為△t=10min，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率計(jì)算公式v（NOCl）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{10min}$=0.05mol/（L•min），
故答案為：0.05；
②反應(yīng)為2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反應(yīng)平衡時(shí)c（NOCl）=0.5mol/L，根據(jù)反應(yīng)方程式，則平衡時(shí)，體系各組分濃度分別為c（NO）=$\frac{4mol}{2L}$-0.5mol/L=1.5mol/L，c（Cl₂）=$\frac{2mol}{2L}$-0.25mol/L=0.75mol/L，c（NOCl）=0.5mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（NOCl）}{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（0.5mol/L）^{2}}{0.75mol/L×（1.5mol/L）^{2}}$=$\frac{1}{6.75}$L/mol，
起始充入4molNO，濃度為2mol/L，平衡時(shí)，c（NO）=1.5mol/L，則反應(yīng)轉(zhuǎn)化了NO的物質(zhì)的量濃度為△c（NO）=2mol/L-1.5mol/L=0.5mol/L，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率為α（NO）=$\frac{△c（NO）}{2mol/L}×100%$=25%，
故答案為：$\frac{1}{6.75}$L/mol；25%；
③溫度不變，則平衡常數(shù)不變，根據(jù)已知數(shù)據(jù)，T₂時(shí)的反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{1}{6.75}$L/mol，平衡時(shí)再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），此時(shí)體系中的各組分濃度為c（NO）=1.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=2mol/L，c（Cl₂）=1.75mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=2.25mol/L，c（NOCl）=0.5mol/L+$\frac{2mol}{2L}$=1.5mol/L，則反應(yīng)商J=$\frac{（1.5mol/L）^{2}}{2.25mol/L×（2mol/L）^{2}}$=$\frac{1}{4}$L/mol＞K，則反應(yīng)向左進(jìn)行，
故答案為：向左；
（6）在密閉容器中充入NO（g）和Cl₂（g），反應(yīng)為2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，根據(jù)圖象，T₂溫度下比T₁溫度下反應(yīng)更快達(dá)到平衡，溫度升高，有利于反應(yīng)更快達(dá)到平衡，則T₂＞T₁，T₂時(shí)刻的NOCl的量比T₁時(shí)候的少，因此溫度升高，反應(yīng)平衡向左移動(dòng)，可見(jiàn)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，綜上，升高溫度，平衡左移，增大壓強(qiáng)，平衡右移，
A．升高溫度，平衡向左移動(dòng)，Cl₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A不選；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向右移動(dòng)，Cl₂的轉(zhuǎn)化率升高，故B選；
C．若增大NO的量，可使Cl₂的轉(zhuǎn)化率升高，若增大Cl₂的量，反而會(huì)使Cl₂的轉(zhuǎn)化率降低，因此增大起始投料比，不一定增大Cl₂的轉(zhuǎn)化率，故C不選；
D．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)的平衡狀態(tài)，Cl₂的轉(zhuǎn)化率不變，故D不選，
故選B．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察化學(xué)原理知識(shí)，包含鹽類水解，弱電解質(zhì)的電離平衡，電化學(xué)知識(shí)，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動(dòng)，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，轉(zhuǎn)化率問(wèn)題，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，題目難度中等．