Question

【题目】氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。人们研究了诸多有关氮氧化物的性质，请回答下列问题：

（1）处理 NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。

CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

CH4 (g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

CH4 (g)+4NO(g) = 2N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次为三个反应的平衡常数，则K3=______（用K1、K2表示）

（2）在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，在一定条件下发生反应：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示：

①则该反应的△H ________0（填“﹤”“﹥”或“=”）。

②对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压强 p(B)代替物质的量浓度 c(B) 也可表示平衡常数kp，则该反应的平衡常数表达式kp=________，如果p1 =1.65MPa，求a点的平衡常数kp =_________（MPa）1 (结果保留 3 位有效数字，分压=总压×物质的量分数)。

③为探究速率与浓度的关系，该实验中，根据相关实验数据，粗略绘制了2条速率—浓度关系曲线: v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )

则：与曲线 v正~c(NO)相对应的是图中曲线________(填“甲”或“乙”)。当降低反应体系的温度，反应一段时间后，重新达到平衡，v正和v逆相应的平衡点分别为______(填字母)。

（3）利用电化学原理，将NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O72的废水，如图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O。

①甲电池工作时，Y是气体，可循环使用。则石墨I附近发生的电极反应式为________。乙池中的pH________（填“变大”“变小”或“不变”）。

②工作时，在相同条件下，甲池内消耗的O2和NO2的体积_____。

（4）已知H3PO4为三元酸，Ka1=7.0×103mol·L1，Ka2=6.2×108 mol·L1，Ka3=4.5×1013mol·L 1。则 Na2HPO4水溶液呈________（填“酸”、“中”、“碱”）性，用Ka与Kh的相对大小，说明判断理由________________。

Answer 1

【答案】 ﹤ 21.2（MPa）-1 乙 D、H NO2+NO3--e-=N2O5 变大 1：4 碱 Na2HPO4的水解平衡常数Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于电离程度，故而显碱性

【解析】

（1）依据盖斯定律和平衡常数公式换算可得；

（2）①升高温度，平衡向吸热反应方向移动；

②依据反应的平衡常数表达书写即可；由三段式得的物质的物质的量分数，带入公式计算可得；

③NO是反应物，CO2是生成物，随反应进行，NO浓度减小，CO2浓度增大，降低反应体系的温度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均减小，该反应为放热反应，平衡向正反应方向移动；

（3）①由题给示意图可知，甲电池工作时，通入二氧化氮的一极为燃料电池的负极；由题给电解方程式可知反应中消耗氢离子，溶液的pH变大；

②根据得失电子守恒计算可得；

（4）Na2HPO4的电离常数和水解常数大小判断Na2HPO4在水溶液的酸碱性。

（1）将已知热化学方程式依次编号为①②③，由盖斯定律可知，②×2-①=③，则K3=，故答案为：；

（2）①升高温度，平衡向吸热反应方向移动，由图可知，随温度增大，NO的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，△H﹤0，故答案为：﹤；

②由反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式kp=；设起始CO和NO的物质的量为1mol，由题给条件可建立如下三段式：

2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)

起（mol） 1 1 0 0

变（mol） 0.7 0.7 0.35 0.7

平（mol） 0.3 0.3 0.35 0.7

由三段式数据可知，平衡时总物质的量为1.65mol，CO、NO、N2和CO2的平衡分压依次为×1.65MPa、×1.65MPa、×1.65MPa和×1.65Mpa，则反应的平衡常数表达式kp=≈21.2（MPa）-1，故答案为：；21.2（MPa）-1；

③NO是反应物，CO2是生成物，随反应进行，NO浓度减小，CO2浓度增大，则由图可知，与曲线 v正~c(NO)相对应的是图中曲线乙；降低反应体系的温度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均减小，该反应为放热反应，平衡向正反应方向移动，c(NO)减小、c(CO2 )增大，则v正和v逆相应的平衡点分别为D和H，故答案为：乙；D、H；

（3）①由题给示意图可知，甲电池工作时，通入二氧化氮的一极为燃料电池的负极，二氧化氮在负极失电子发生氧化反应生成五氧化二氮，电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5；由电解过程中溶液发生反应为Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O可知，反应中消耗氢离子，溶液的pH变大，故答案为：NO2+NO3--e-=N2O5；变大；

②燃料电池工作时，1molO2反应中转移4mol电子，根据得失电子守恒可知，4molNO2转变成N2O5，转移4mol电子，相同状况下气体的体积比等于物质的量之比，故O2和NO2的体积比为1：4，故答案为：1：4；

（4）Na2HPO4在水溶液中发生水解反应，水解平衡为HPO42—+H2O H2PO4—+OH—，水解平衡常数Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于电离程度，故溶液显碱性，故答案为：碱；Na2HPO4的水解平衡常数Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于电离程度，故而显碱性。