Question

【題目】NO2和N2O4的相互轉(zhuǎn)化2NO2(g)N2O4(g)是高中乃至大學(xué)討論化學(xué)平衡問題的常用體系。請回答：

Ⅰ.將N2O4 (g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)，可用來制備硝酸。

(1)已知2NO2(g)N2O4(g) △H1 2NO2(g)N2O4(l) △H2

下列能量變化示意圖正確的是__________。

A．B．C．

(2)NO2和N2O4物質(zhì)的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

Ⅱ.對于2NO2(g)N2O4(g)反應(yīng)體系，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=，其中Pθ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(1×105 Pa)，P(N2O4)和P(NO2)為各組分平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(1)若起始NO2的物質(zhì)的量設(shè)為1mol，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強下進行，N2O4的平衡產(chǎn)率為0.75，則Kθ=____________。

(2)利用現(xiàn)代手持技術(shù)傳感器可以探究壓強對2NO2(g)N2O4(g)化學(xué)平衡移動的影響。在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強條件下，往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞位置不變。分別在t1、t2時刻迅速移動活塞后并保持活塞位置不變，測定針筒內(nèi)氣體壓強變化如圖所示。

①B點時NO2的轉(zhuǎn)化率為_______。

②E、H兩點對應(yīng)氣體的平均相對分子質(zhì)量ME____MH(填“＜、＞或=”)。

Ⅲ.以連二硫酸根(S2O42-)為媒介，使用間接電化學(xué)法也可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

(3)①陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為_________。

②NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，若通電時電路中轉(zhuǎn)移了0.3mole－，則此通電過程中理論上吸收的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為____mL。

Ⅳ.常溫下，將a mol·L-1的醋酸與bmol·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=_____(用含a和b的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】B 4NO2+4N2O4+3O2+6H2O=12HNO3 3.75 6% ＜ 2SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O 1344

【解析】

Ⅰ．(1)2NO2(g)N2O4(g)為放熱反應(yīng)，則△H1＜0； 2NO2(g)N2O4(l)為放熱反應(yīng)，則△H2＜0，N2O4(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)為放熱反應(yīng)，則能量：N2O4(g)＞N2O4(l)，據(jù)此分析判斷；(2)四氧化二氮能轉(zhuǎn)化為二氧化氮，二氧化氮和氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，按照要求書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；

Ⅱ．(1)如果1mol二氧化氮完全轉(zhuǎn)化為四氧化二氮，則生成四氧化二氮的物質(zhì)的量為0.5mol，N2O4的平衡產(chǎn)率為0.75，則生成n(N2O4)=0.5×0.75mol=0.375mol，消耗的n(NO2)=2×0.375mol=0.75mol，求出平衡時混合總氣體物質(zhì)的量，平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計算出PN2O4和PNO2，結(jié)合Kθ=計算；

(2)①恒溫恒容條件下，氣體壓強之比等于物質(zhì)的量之比，設(shè)開始時二氧化氮的物質(zhì)的量為1mol，則B點混合氣體總物質(zhì)的量=×1mol=0.97mol，根據(jù)方程式求出參加反應(yīng)的n(NO2)，再計算二氧化氮的轉(zhuǎn)化率；②恒容時壓強越大氣體總物質(zhì)的量越大，反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，則混合氣體平均相對分子質(zhì)量減�。�

III．(3)①根據(jù)圖像，陰極區(qū)通入的液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，據(jù)此書寫陰極區(qū)的電極反應(yīng)式；②由于NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子求出吸收的NO；

Ⅳ．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，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，依據(jù)電離方程式計算醋酸的電離平衡常數(shù)。

Ⅰ．(1)2NO2(g)N2O4(g)為放熱反應(yīng)，則△H1＜0，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量； 2NO2(g)N2O4(l)為放熱反應(yīng)，則△H2＜0，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，N2O4(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)為放熱反應(yīng)，則能量：N2O4(g)＞N2O4(l)，只有B符合，故答案為：B；

(2)四氧化二氮能轉(zhuǎn)化為二氧化氮，二氧化氮和氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，NO2和N2O4物質(zhì)的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2+4N2O4+3O2+6H2O=12HNO3，故答案為：4NO2+4N2O4+3O2+6H2O═12HNO3；

Ⅱ．(1)如果1mol二氧化氮完全轉(zhuǎn)化為四氧化二氮，則生成四氧化二氮的物質(zhì)的量為0.5mol，N2O4的平衡產(chǎn)率為0.75，則生成n(N2O4)=0.5×0.75mol=0.375mol，消耗的n(NO2)=2×0.375mol=0.75mol，平衡時混合總氣體物質(zhì)的量=(0.375+1-0.75)mol=0.625mol，PN2O4=×Pθ=0.6Pθ，PNO2=×Pθ=0.4Pθ，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ===3.75，故答案為：3.75；

(2)①恒溫恒容條件下，氣體壓強之比等于物質(zhì)的量之比，設(shè)開始時二氧化氮的物質(zhì)的量為1mol，則B點混合氣體總物質(zhì)的量=×1mol=0.97mol，根據(jù)方程式2NO2(g)N2O4(g)知，反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量相當(dāng)于參加反應(yīng)的二氧化氮的物質(zhì)的量一半，則參加反應(yīng)的n(NO2)=(1-0.97)mol×2=0.06mol，二氧化氮轉(zhuǎn)化率= ×100%=6%，故答案為：6%；

②恒容時壓強越大，氣體總物質(zhì)的量越大，反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，則混合氣體平均相對分子質(zhì)量越小，t1時增大容器體積，導(dǎo)致壓強減小，平衡逆向移動，導(dǎo)致氣體相對分子質(zhì)量減��；t2縮小容器體積，壓強增大，平衡正向移動，氣體物質(zhì)的量減小，最小的是H點，則H點是相對分子質(zhì)量最大的點，E、H兩點對應(yīng)氣體的平均相對分子質(zhì)量ME＜MH，故答案為：＜；

III．(3)①由圖可知，陰極區(qū)通入的液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以陰極區(qū)電極反應(yīng)式為2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案為：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O；

②由于NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，NO～NH4+～5e-，若電路中轉(zhuǎn)移0.3mol e-，則吸收NO 0.06mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為=0.06mol×22.4L/mol=1.344L=1344mL，故答案為：1344。

Ⅳ．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，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)電離方程式寫出K===×10-7，故答案為：×10-7。