Question

(14分)为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
(1)汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂ + O₂2NO，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如右图所示，根据图像判断反应N₂（g） + O₂（g）2NO（g）的△H________0(填“＞”或“＜”)。
②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10molN₂与5mo1O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率υ(N₂)＝___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则达到平衡后N₂的转化率为____________。

(2)利用右图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收NO₂。
①阳极的电极反应式为_____________________。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2－生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(3)一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/L
Ba(OH)₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)，则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka＝______________________(用含a和b的代数式表示)。
（4）引起雾霾的PM2.5微细粒子包含(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、有机颗粒物及扬尘等，任写一种与SO₄^2－互为等电子体的分子                 。

Answer 1

（1）① ＞ ②0.01 mol·L^－1·s^－1；14.3% （2）①SO₂ + 2H₂O－2e^－="=" SO₄^2－+ 4H^＋  ②1:2
（3） ×10^－7 mol·L^－1（不写单位也给分） （4）CCl₄或  CF₄等

试题分析：（1）①温度为T₂时首先达到平衡状态，说明温度是T₁＜T₂，但温度高氮气的体积分数降低，这说明升高温度平衡向正反应方向进行，因此正方应是吸热反应，即△H＞0。
②50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则根据反应的化学方程式可知消耗氮气的物质的量是1mol，其浓度是0.5mol/L，所以该反应的速率υ(N₂)＝0.5mol/L÷50s＝0.01 mol·L^－1·s^－1；平衡时氮气和氧气的浓度分别是5mol/L－0.5mol/L＝4.5mol/L、2.5mol/L－0.5mol/L＝2mol/L，NO的浓度是1mol/L，所以该温度下平衡常数K＝，如果该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则N₂（g） + O₂（g）2NO（g）
起始浓度（mol/L）0.5        0.5          0
转化浓度（mol/L） x          x           2x
平衡浓度（mol/L）0.5－x    0.5－x        2x
则 ＝ 
解得x＝ 
因此达到平衡后N₂的转化率为 ×100%＝14.35
（2）①电解池中阳极极失去电子，发生氧化反应，所以SO₂在阳极通入，被氧化生成硫酸，电极反应式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝4H^＋＋SO₄^2－。
②阴极排除的是S₂O₄^2－在与NO₂的反应中S元素化合价从＋3价升高到＋4价，失去1个电子，则1molS₂O₄^2－失去2mol电子。NO₂转化为无毒的气体应该是氮气，反应中氮元素化合价从＋4价降低到0价，得到4个电子，因此根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2。
（3）根据电荷守恒可知2c(Ba^2＋)＋c(H^＋)＝c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)，因此根据2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)可知，溶液中c(H^＋)＝c(OH^－)。根据原子守恒可知2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)＝bmol/L，因此溶液中醋酸分子的浓度是0.5amol/L－bmol/L，则醋酸溶液的电离常数Ka＝ ＝×10^－7 mol·L^－1。
（4）价电子数和原子数分别都相等的是等电子体，硫酸根中含有5个原子，32个价电子，因此与SO₄^2－互为等电子体的分子有CCl₄或CF₄等。