Question

7．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义．
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HCl等氧化，常用于定量测定CO的含量．已知：
2I₂（s）+5O₂（g）═2I₂O₅（s）△H=-75.56kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
写出CO（g）与I₂O₅（s）反应生成I₂（s）和CO₂（g）的热化学方程式：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol．
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
①该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$．
②一定条件下，将体积比为1：2的NO、CO气体置于恒容密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是ad（填字母）．
a．体系压强保持不变             b．混合气体颜色保持不变
c．N₂和CO₂的体积比保持不变       d．每生成1mol N₂的同时生成2mol NO
③若在一定温度下，将2mol NO、1mol CO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如下图所示．若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将不
（填“向左”、“向右”或“不”）移动．20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，则改变的条件可能是b（填字母）．
a．加入催化剂     b．降低温度  c．增加CO₂的量
（3）电化学降解NO₃^-的原理如图2所示．电源正极为A（填“A”或“B”）极，阴极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据已知热化学方程式，利用盖斯定律计算和书写热化学方程式；
（2）①化学平衡的平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
③依据平衡常数概念写出该反应的平衡常数表达式，然后通过列式计算，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；根据影响化学平衡的因素判断改变的条件；
（3）根据图象知，硝酸根离子得电子发生氧化反应，则Ag-Pt作阴极，Pt电极为阳极，A为正极，B为负极，以此解答该题．

解答 解：（1）由已知热化学方程式：
2 I₂（s）+5O₂（g）=2 I₂O₅（s）；△H=-75.56kJ•mol^-1①，
2CO（g）+O₂（g）=2 CO₂（g）；△H=-566.0kJ•mol^-1②，
根据盖斯定律将方程式②×$\frac{5}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{5}{2}$-（-75.56kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-1377.22kJ/mol，
所以其热化学反应方程式为：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol，
故答案为：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol；
（2）①2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
化学平衡的平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，
故答案为：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反应是气体体积减小的发热反应
a．反应前后气体体积减小，体系压强都保持不变，能用于判断是否达到平衡状态，故a正确；
b．混合气体的一无颜色，颜色保持不变，不能说明达到平衡状态，故b错误；
c．生成物N₂和CO₂的体积比始终保持不变，不能说明达到平衡状态，故c错误；
d．每生成1mol N₂的同时生成2mol NO，说明正逆反应速率相同，能判断是否达到平衡状态，故d正确；
故答案为：ad； 
③依据图象可知，15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L，NO平衡浓度为1.6mol/L，一氧化碳浓度为0.6mol/L，二氧化碳浓度为0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，该温度下该反应的平衡常数为：K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{0．{6}^{2}×1．{6}^{2}}$=0.035，
若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，则各组分浓度分别为：c（NO）=1.6mol/L、c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L、c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L、c（CO₂）=0.4mol/L，Qc=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.8×0．{4}^{2}}{1.6×1．{2}^{2}}$=0.035=K，则化学平衡不动，20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，斜率减小反应速率减小，氮气浓度增大，反应是气体体积减小的放热反应，则改变的条件可能是降温，
故答案为：不；b；
（3）由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极，在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有H₂O参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：A；2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

点评 本题考查了热化学方程式的书写方法，化学平衡的计算分析判断，原电池和电解池的原理的分析与计算，题目难度中等．