Question

3．2014年全国各地都遭遇了“十面埋伏”，二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒是雾霾的主要组成成分，综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容
（1）汽车尾气中的NO（g）和CO（g）在一定温度和催化剂的条件下可净化
①已知部分化学键的键能如下（键能指气态原子形成1mol化学键释放的最小能量）

化学键	N=O	C≡O	C=O	N≡N
键能（kj/mol）	632	1072	750	946

汽车尾气进化中NO（g）和CO（g）发生反应的热化学方程式为2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-538kJ•mol^-1
②若上述反应在绝热、恒荣的密闭体系中进行，并在t₁时到达平衡状态，则下列示意图不符合题意的是C（填选项序号）（图中1ω、M、?、z分别表示质量分数、混合气体平均相对分子质量、正反应速率）
（2）尾气中的SO₂可先催化氧化生成SO₂，再合成硫酸，已知：
2SO${\;}_{{\;}_{2}}$（g）+O₂（g）$?_{高温}^{催化剂}$2SO₂（g）△H=-196.0kj/mol
①在一定温度的密闭容器中，SO₂的转化率时间的变化关系如图2所示，则A点的正反应速率v_正（SO₂）＜B点的正反应速率v_正（SO₂）（填“大于”、“小于”或“等于”）
②在某温度时，向10L的密闭容器中加入4.0mol SO₂和10.0mol O₂，反应达到平衡，改变下列条件，再次达到平衡时，能使O₂的新平面浓度和原来平衡浓度相同的是BC（填选项序号）
A．在其他条件不变时，减少容器的容积
B．保持温度和容器内压强不变，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂
C．保持温度和容器体积不变，再充入SO₂和SO₃，使之浓度扩大为原来的两倍
（3）用NH₃催化还原NO₂也可以消除氮氧化物的污染，反应原理为：
NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）
对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_b）也可以表示平衡常数（记作K_p），则上述反应的K的表达式为$\frac{{p}^{3}（{H}_{2}O）{p}^{2}（{N}_{2}）}{p（NO）p（N{O}_{2}）{p}^{2}（N{H}_{3}）}$
（4）以N₂O₄为原料采用电解法可制备新型绿色硝化剂N₂O₃，实验装置如图3所示，电解池中生成N₂O₃的电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-e^-=2N₂O₃+O₂↑+2H⁺
（5）尾气中氢氧化物（NO和NO₂）可用尿素[CO（NH₂）₃]溶液除去，反应生成对大气无污染的气体，1mol尿素能吸收工业尾气中氢氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为76g．

Answer 1

分析 （1）①先写出化学方程式2NO+2CO═N₂+2CO₂，然后根据焓变=反应物的总键能-生成物的总键能计算焓变，再根据化学方程式计算2molNO完全燃烧时放出的热量，标注物质聚集状态写出热化学方程式；
②A．到达平衡后各组分的含量不发生变化；
B．到达平衡后，反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，结合$\overline{M}$=$\frac{总质量}{总物质的量}$分析；
C．到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
（2）①图象分析可知A点到B点二氧化硫转化率增大，说明A点未达到平衡状态，此时反应正向进行，但随反应物浓度减小，正反应速率减小；
②再次达到平衡时，能使O₂的新平面浓度和原来平衡浓度相同，平衡不变，依据改变条件和影响平衡的因素分析判断选项；
（3）依据化学平衡常数表达式的书写方法书写；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去电子，所以N₂O₅在阳极区生成；
（5）根据题目信息写出方程式，建立关系式，然后依据关系式进行计算．

解答 解：（1）①反应为2NO+2CO═N₂+2CO₂，△H=反应物的总键能-生成物的总键能=2×632 kJ•mol^-1+2×1072 kJ•mol^-1-946 kJ•mol^-1-4×750 kJ•mol^-1=-538kJ•mol^-1，N₂H₄反应的热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-538kJ•mol^-1，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-538kJ•mol^-1；
②A．NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故A正确，
B．该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，平衡逆向进行，反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，平均摩尔质量不变说明达到平衡状态，故B正确，
C、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故C错误；
故答案为：C．
（2）①一定温度的密闭容器中，分析SO₂的转化率时间的变化可知A点到B点二氧化硫转化率增大，说明A点未达到平衡状态，此时反应正向进行，随反应进行浓度减小，反应速率减小，A点的正反应速率v_正（SO₂）＜B点的正反应速率v_正（SO₂），
故答案为：＜；
②在某温度时，向10L的密闭容器中加入4.0mol SO₂和10.0mol O₂，反应达到平衡，改变下列条件，再次达到平衡时，能使O₂的新平面浓度和原来平衡浓度相同，分析选项可知
A．在其他条件不变时，减少容器的容积，压强增大，平衡正向进行，体积减小氧气浓度增大，故A错误；
B．保持温度和容器内压强不变，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂，为保持压强不变，体积增大，最后达到相同平衡状态，氧气浓度不变，故B正确；
C．保持温度和容器体积不变，温度不变平衡常数不变，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，再充入SO₂和SO₃，使之浓度扩大为原来的两倍，平衡常数不变，氧气浓度不变，故C正确；
故答案为：BC．
（3）NO（g）+NO（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）
对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_b）也可以表示平衡常数（记作K_p），则上述反应的K的表达式为：
K_P=$\frac{{p}^{3}（{H}_{2}O）{p}^{2}（{N}_{2}）}{p（NO）p（N{O}_{2}）{p}^{2}（N{H}_{3}）}$，
故答案为：$\frac{{p}^{3}（{H}_{2}O）{p}^{2}（{N}_{2}）}{p（NO）p（N{O}_{2}）{p}^{2}（N{H}_{3}）}$；
（4）从电解原理来看，N₂O₄制备N₂O₅为氧化反应，则N₂O₅应在阳极区生成，反应式为N₂O₄+2HNO₃-e^-=2N₂O₃+O₂↑+2H⁺，
故答案为：N₂O₄+2HNO₃-e^-=2N₂O₃+O₂↑+2H⁺；
（5）由题目信息可知，NO、NO₂二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亚硝酸再与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
 NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
（30+46）g      1mol
1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为76g，
故答案为：76；

点评 本题主要考查了热化学方程式书写，电极反应，化学平衡移动、化学平衡常数计算分析判断等，难度不大，培养了学生分析问题的能力．