题目内容
【题目】研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。工业上处理氮的氧化物途径有多种:
Ⅰ.碱吸法。
(1)利用纯碱溶液吸收NO、NO2,发生的反应共生成两种盐,请写出有关氧化还原方程式:______________________________________、NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2
Ⅱ.催化氧化法:城市中NOx和CO污染主要来源于汽车尾气,可以利用化学方法将其转化为无毒无害的物质。
(2)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-564 kJ·mol-1
请写出把汽车尾气转化为无毒无害的物质的热化学方程式:__________________________
(3)为研究汽车尾气转化为无毒无害的物质有关反应,在密闭容器中充入10molCO和8molNO,发生反应,如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①该反应达到平衡后,为在提高反应速率同时提高NO的转化率,可采取的措施有__________(填字母序号)。
a.改用高效催化剂 b.缩小容器的体积 c.升高温度 d.增加CO的浓度
②压强为10 MPa、温度为T1下,若反应进行到20 min达到平衡状态,容器的体积为4 L,用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=_______,该温度下平衡常数Kp=______(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;保留两位有效数字)。
③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的______点。
Ⅲ. 电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3,其工作原理如图。
(4)N极的电极反应式为________。
(5)在25℃时,将a mol·L-1的氨水与0.1mol·L-1的硝酸等体积混合后溶液显中性,用含a的代数式表示NH4NO3的水解常数Kh=_____________。
【答案】NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2 2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1 bd 0.05mol/(L·min) 0.089MPa-1 (或4/45MPa-1) G NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+ (10a-1)×10-7
【解析】
(1)NO2在碱性条件下容易发生歧化反应;
(2)根据盖斯定律,要注意题给信息汽车尾气为NOx和CO,这里指NO;
(3)2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g) +N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1,①该反应达到平衡后,为在提高反应速率同时提高NO的转化率,改变条件使平衡向正反应方向移动即可;
②利用“三段式”来解决化学平衡计算问题;
③此反应为放热反应,体积减少的反应,若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,平衡将向正反应方向移动;
(4)分析一下电解池,M电极的NO变成NH4+,N电极的NO变成NO3-,可知M电极为阴极,N电极为阳极,则N极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+,此时溶液为NH4NO3,提供O元素的只能是H2O;
(5)NH4++H2ONH3·H2O+H+,Kh=(c(NH3·H2O)·c(H+)/c(NH4+),a mol·L-1的氨水与0.1mol·L-1的硝酸等体积混合后溶液显中性,则c(H+)=,c(NH3·H2O)和c(NH4+)可通过“三段式”来求出,再带入水解平衡常数公式。
(1)NO2在碱性条件下容易发生歧化反应,生成NO2-,NO3-,氧化还原方程式:NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2;
(2)根据盖斯定律,将反应1反向再与反应2加和即可得出答案,2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1,注意要写反应条件,此为易错点;
(3)①该反应达到平衡后,为在提高反应速率同时提高NO的转化率,改变条件使平衡向正反应方向移动,a.改用高效催化剂,催化剂只能改变反应速率,不能改变反应平衡;b.缩小容器的体积,相当于增大压强,此反应是体积减少的反应,平衡向正反应方向移动,所以提高反应速率同时提高NO的转化率,正确;c.升高温度,反应速率提高,但该反应是放热反应,平衡向逆反应方向移动,错误;d.增加CO的浓度,浓度增大,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,正确,故选b.d;
②压强为10 MPa、温度为T1下,若反应进行到20 min达到平衡状态,对应图像E点,利用“三段式”来计算:2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)
初始时物质的量/mol 8 10 0 0
变化的物质的量/mol x x x 0.5x
平衡时物质的量/mol 8-x 10-x x 0.5x
NO的体积分数为25%,根据阿伏加德罗定律及推论体积分数等于物质的量分数,(8-x)/( 8-x+10-x+x+0.5x)=25%,x=4,v(CO2)==0.05mol/(L·min),Kp=,PCO2=总压×物质的量分数=P总 Mpa,同理其它物质的分压也可以用类似的方法来求出,然后带入Kp==0.089MPa-1;
③此反应是体积减少的反应,放热反应,在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,平衡向正反应方向移动,NO的体积分数降低,对应图像的G点;
(4)电解池中M极的NO变成NH4+,N极的NO变成NO3-,故M极为阴极,N极为阳极,介质为NH4NO3溶液,N极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+;
(5)NH4++H2ONH3·H2O+H+,Kh=c(NH3·H2O)·c(H+)/c(NH4+),a mol·L-1的氨水与0.1mol·L-1的硝酸等体积混合后溶液显中性,则c(H+)=,c(NH3·H2O)和c(NH4+)可通过“三段式”来求出,氨水与硝酸等体积混合的离子方程式为:
NH3·H2O+ H+ = NH4++ H2O
初始时物质的量浓度/mol/L a 0.1 0
变化的物质的量浓度/mol/L 0.1- 0.1-0.1-
平衡时物质的量浓度/mol/L a-0.1+ 0.1-
Kh=c(NH3·H2O)·c(H+)/c(NH4+)= (10a-1)×10-7