Question

1．随着大气污染的日趋严重，“低碳减排”备受关注，研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）图1是在101kP_a，298k条件下1mol　NO₂和1mol　CO反应生成1mol　CO₂和1mol　NO过程中能量变化示意图．已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
请写出NO（g）与CO反应生成无污染气体的化学方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol．
（2）将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生如图所示的反应，反应达到平衡时，生成了0.02molCO₂．
①下列说法正确的是abc．（填序号）
a．容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡
b．当向容器中加再充入0.20mol　NO时，平衡向正反应方向移动，K不变
c．升高温度后，K值减小，NO的转化率减小
d．向该容器内充入He气，压强增大，反应速率增大
②反应达到平衡时，若保存温度不变，此时再向容器中充入CO₂、NO各0.060mol，平衡将逆向移动（填“正向”、“逆向”或“不”）
（3）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
例如：CH₄+2NO₂=N₂+CO₂+2H₂O，当生成14gN₂时，转移电子数目是2.408×10²⁴
②将煤燃烧产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的．如图2是通过人工光合作用，以CO₂（g）和H₂O（g）为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图．催化剂b表面发生的电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

③25℃时，部分物质的电离平衡常数如图所示：

化学式	HCOOH	H2CO3	HCIO
电离平衡常数	1.77×10-4	Ki1=4.3×10-7 Ki2=5.6×10-11	3.0×10-10

请回答下列问题：
同浓度的HCOO^-、HCO₃^-、CO₃^2-、ClO^-结合H⁺的能力有强到弱的顺序是CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-，物质的量浓度均为0.1mol•L^-1的下列四种物质的溶液：a、Na₂CO₃；b、NaClO；c、HCOONa；d、NaHCO₃，pH由小到大的顺序是c＜d＜b＜a（填编号）

Answer 1

分析 （1）由图1，可得热化学方程式：①．2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②．N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根据盖斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），焓变也进行相应的计算；
（2）发生反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂
①a．反应前后气体物质的量减小，随反应进行容器内气体压强减小，容器内压强不变，说明到达平衡；
b．增大反应物浓度，平衡正向移动，化学平衡常数只受温度影响；
c．升高温度后，K值减小，说明平衡逆向进行；
d．向该容器内充入He气，总压增大，气体分压不变，所以反应速率不变；
②根据K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（NO）}$计算平衡常数，再计算浓度商Qc，与平衡常数比较判断反应进行方向；
（3）①反应中化合价降低的元素只有N元素，其化合价由+4降低为0计算，计算生成氮气的物质的量，进而计算转移电子数目；
②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH；
③电离平衡常数越大，酸性越强，电离平衡常数越小，其对应酸根离子结合H⁺能力越强，水解程度越大，碱性越强．

解答 解：（1）由图1可得热化学方程式：2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②．N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根据盖斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-112.3kJ/mol-468kJ/mol-112.3=-759.8KJ/mol，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol；
（2）发生反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂，
①a．正反应为气体物质的量减小的反应，随反应进行，容器内压强减小，当容器内的压强不发生变化，说明该反应达到平衡，故a正确；
b．当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向正反应方向移动，平衡常数只受温度影响，K值不变，故b正确；
c．升高温度后，K值减小，说明平衡逆向进行，NO的转化率减小，故c正确；
d．向该容器内充入He气，总压增大，反应气体分压不变，浓度不变，所以反应反应速率不变，故d错误；故选：abc；
②由图可知，平衡状态下物质的浓度为c（CO）=0.06mol/L，c（NO）=0.16mol/L，c（N₂）=0.02mol/L，故平衡时c（CO₂）=2c（N₂）=0.04mol/L，则该温度下K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.02×0.0{4}^{2}}{0.1{6}^{2}×0.1{6}^{2}}$≈0.0488；
若保持温度不变，此时再向容器中充入CO₂、NO各0.060mol，浓度商Qc=$\frac{0.02×（0.04+0.06）}{（0.16+0.06）^{2}×0.1{6}^{2}}$≈0.16＞K=0.0488，平衡逆向进行，
故答案为：逆向；
（3）①14gN₂的物质的量为$\frac{14g}{28g/mol}$=0.5mol，反应中化合价降低的元素只有N元素，其化合价由+4降低为0，故转移电子数目为0.5mol×2×4×6.02×10²³mol^-1=2.408×10²⁴，
故答案为：2.408×10²⁴；
②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
③电离平衡常数越大，酸性越强，电离平衡常数越小，其对应酸根离子结合H⁺能力越强，水解程度越大，碱性越强，故结合H⁺的能力有强到弱CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-，溶液碱性Na₂CO₃＞NaClO＞NaHCO₃＞HCOONa，pH由小到大的顺序是c＜d＜b＜a，
故答案为：CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-；c＜d＜b＜a．

点评 本题比较综合，涉及热化学方程式书写、化学平衡移动与影响因素、平衡常数影响因素及应用、氧化还原反应计算、电极反应式书写、电离平衡常数应用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．