Question

9．近日，霧霾又上了度娘熱搜榜．其主要成分包括灰塵、SO₂、NO_x、有機(jī)碳?xì)浠�合物等粒子．煙氣脫硝是治理霧霾的方法之一．
（1）氨氣是常見的煙氣脫硝劑之一，其脫硝原理是與NO（g）反應(yīng)生成空氣中存在的兩種無毒物質(zhì)．
①寫出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O．
②已知：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1.105℃時(shí)，則上述脫硝反應(yīng)的△H=-1811.63kJ•mol^-1，該反應(yīng)能（填“能”“否”或“不能確定”）自發(fā)進(jìn)行，
③上述脫硝反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2．每生成1mol還原產(chǎn)物，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4mol．
（2）臭氧也是理想的煙氣脫硝劑，其脫硝的反應(yīng)之一為2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g），不同溫度下，在兩個(gè)恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)，相關(guān)信息如表及如圖所示，回答下列問題：

容器	甲	乙
容積/L	1	1
溫度/K	T1	T2
起始充入量	lmolO32mol NO2	lmolO3 2mol NO2

①0～10min內(nèi)甲容器中反應(yīng)的平均速率：v（O₃）=mol•L^-1•min^-1．
②T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），T₁時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.5L•mol^-1．
③下列措施能提高容器乙中NO₂轉(zhuǎn)化率的是D （填序號(hào)）．
A．向容器中充入He，增大容器的壓強(qiáng)  B．升高容器的溫度
C．向容器中再充人一定量的NO₂D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂
④T₁時(shí)，若起始時(shí)向容器甲中充入2mo1NO₂、lmolO₃、2mollN₂O₅和2molO₂，則脫硝反應(yīng)達(dá)到平衡前，
v_（正）＜v_（逆）   （填“＞”“＜”“=”）．

Answer 1

分析 （1）①氨氣是常見的煙氣脫硝劑之一，其脫硝原理是與NO（g）反應(yīng)生成空氣中存在的兩種無毒物質(zhì)為氮?dú)夂退��?br />②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1.105℃時(shí)，結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算上述脫硝反應(yīng)的△H，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0；
③反應(yīng)中氧化劑NO，還原劑為NH₃的物質(zhì)的量之比結(jié)合化學(xué)方程式電離關(guān)系計(jì)算，每生成3mol還原產(chǎn)物電子轉(zhuǎn)移12e^-；
（2）①圖象分析可知，N₂O₅（g）生成濃度0.2mol/L，則消耗O₃濃度0.2mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（O₃）；
②由圖象分析，先拐先平數(shù)值大，則乙的溫度較高，T₁＜T₂，溫度越高N₂O₅（g）濃度越小，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
③A．恒容容器中，向容器中充入He，增大容器的總壓強(qiáng)，分壓不變，平衡不變；
B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高容器的溫度，平衡逆向進(jìn)行；
C．兩種反應(yīng)物增加一種會(huì)提高另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減��；
D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行；
④若起始時(shí)向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，計(jì)算濃度商Qc和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向．

解答 解：（1）①脫硝原理是與NO（g）反應(yīng)生成空氣中存在的兩種無毒物質(zhì)為氮?dú)夂退�，反�?yīng)的化學(xué)方程式：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O；
②Ⅰ.4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；
Ⅱ.4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1．
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算，（Ⅱ×5-Ⅰ×3）×$\frac{1}{2}$得到上述脫硝反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：4NH_3（g）+6NO（g）=5N_2（g）+6H₂O（g）△H=-1811.63kJ•mol^-1，
反應(yīng)△H＜0，△S＞0，則△H-T△S＜0，反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：-1811.63kJ•mol^-1；能；
③4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O反應(yīng)中反應(yīng)中氧化劑NO，還原劑為NH₃物質(zhì)的量之比6：4=3：2，每生成3mol還原產(chǎn)物電子轉(zhuǎn)移12e^-，每生成1mol還原產(chǎn)物，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4mol，
故答案為：3：2；4；
（2）①由圖，0～10min內(nèi)甲容器中N₂O₅的濃度變化量為0.2mol•L^-1，2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）十O₂（g），則消耗O₃濃度0.2mol/L，反應(yīng)速率v（O₃）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02；
②由圖象可知，乙先達(dá)到平衡，平衡后N₂O₅（g）濃度比甲小，根據(jù)先拐先平數(shù)值大，則乙的溫度較高，T₁＜T₂，平衡逆向移動(dòng)，即正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
                             2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）十O₂（g）
起始量（mol/L）      2               1                0               0
變化量（mol/L）     1             0.5               0.5           0.5
平衡量（mol/L）     1              0.5              0.5           0.5
平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{{1}^{2}×0.5}$=0.5L•mol^-1，
故答案為：＜；0.5L•mol^-1；
③2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g），△H＜0，
A．恒容容器中，向容器中充入He，增大容器的總壓強(qiáng)，分壓不變，平衡不變，NO₂轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高容器的溫度，平衡逆向進(jìn)行，NO₂轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；
C．向容器中再充人一定量的NO₂，平衡正向進(jìn)行，但NO₂轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．向容器中再充入lmol O₃和2mo NO₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故答案為：D；
④若起始時(shí)向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，計(jì)算濃度商Qc=$\frac{2×2}{{2}^{2}×1}$相當(dāng)于加入五氧化二氮反應(yīng)逆向進(jìn)行，則脫硝反應(yīng)達(dá)到平衡前，v（正）＜v（逆），
故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算、氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡常數(shù)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．