Question

8．汽車尾氣排放的NO和CO都是有毒的氣體，科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成無毒的CO₂和N₂，減少污染．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
2C（s）+2O₂（g）=2CO₂（g）△H=-787.0kJ/mol
則尾氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ/mol．
（2）對于反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4mol/L	3.00	2.25	1.75	1.36	1.00	1.00
c（CO）/×10-4mol/L	4.00	3.25	2.75	2.36	2.00	2.00

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
①前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率 υ（CO₂）=6.25×10^-5mol/（L•s）．
②在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=10000．
（3）假設(shè)在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列有關(guān)說法正確的是C．
A．選用更有效的催化劑能提高尾氣的轉(zhuǎn)化率
B．升高反應(yīng)體系的溫度能提高反應(yīng)速率，提高尾氣的轉(zhuǎn)化率
C．相同溫度下，若NO和CO的起始濃度分別為1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)比原平衡體系中N₂的體積分?jǐn)?shù)低
D．單位時間內(nèi)消耗NO的物質(zhì)的量等于生成CO₂的物質(zhì)的量時即達(dá)平衡狀態(tài)
（4）用尾氣NO₂為原料可制新型硝化劑N₂O₅，原理：先將NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄，再采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖所示則電源b極是負(fù)極（填“正”“負(fù)”），生成N₂O₅電極反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，電解一段時間后硝酸溶液的pH不變（填“增大”“減小”“不變”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算所需熱化學(xué)化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義及2s內(nèi)濃度的變化量來計算解答；
②化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（3）A．催化劑不能改變平衡狀態(tài)；
B．升高反應(yīng)體系的溫度平衡向吸熱的方向移動；
C．相同溫度下，若NO和CO的起始濃度分別為1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，依據(jù)等效平衡比較平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)比原平衡體系中N₂的體積分?jǐn)?shù)；
D．消耗NO的物質(zhì)的量等于生成CO₂的物質(zhì)的量，都表示反應(yīng)正方向，任何反應(yīng)過程中都滿足；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要是去電子，所以N₂O₅在陽極區(qū)生成．陰極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段時間后，硝酸水溶液的氫離子基本不變即pH不變．

解答 解：已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
③2C（s）+2O₂（g）=2CO₂（g）△H=-787.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律③-②-①得到，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=（-787KJ/mol）-（-221.0KJ/mol）-（+180kJ/mol）=-746kJ/mol；
故答案為：-746kJ/mol；
（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為3.00×10^-4-1.75×10^-4=1.25×10^-4mol/L，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），則前2s內(nèi)CO₂濃度的變化量為1.25×10^-4mol/L，化學(xué)反應(yīng)速率V（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.25×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=6.25×10^-5 mol/（L•S），
故答案為：6.25×10^-5；
②分析圖表數(shù)據(jù)，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度：
                           2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L） 3×10^-4 4×10^-4  0            0
變化量（mol/L） 2×10^-4 2×10^-4  1×10^-4      2×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4     2×10^-41×10^-4 2×10^-4
該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（1×1{0}^{-4}）×（2×1{0}^{-4}）^{2}}{（2×1{0}^{-4}）^{2}×（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=10000，
故答案為：10000；
（3）A．選用更有效的催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯誤；
B．反應(yīng)時放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．相同溫度下，若NO和CO的起始濃度分別為1.50×10^-4mol/L和2.00×10^-4mol/L，相當(dāng)于原體系反應(yīng)物濃度的一半，等效于原反應(yīng)體積擴(kuò)大一倍，平衡逆向移動，平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)比原平衡體系中N₂的體積分?jǐn)?shù)低，故C正確；
D．單位時間內(nèi)消耗NO的物質(zhì)的量為V正，生成CO₂的物質(zhì)的量也表示V正，任何反應(yīng)過程中都滿足，故D錯誤；
故選C；
（4）N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，據(jù)電極反應(yīng)離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應(yīng)，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．陰極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段時間后，硝酸水溶液的氫離子基本不變即pH不變；
故答案為：負(fù)，N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，不變．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡的影響因素分析應(yīng)用、平衡常數(shù)計算等知識，掌握化學(xué)平衡移動原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．