Question

【题目】人类生活、工业生产往往产生大量含碳、氮、硫的废弃气体，合理再利用或转化上述气体，变废为宝成为人们共同关注的课题。

I.某化学课外小组查阅资料后得知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2) H1<0

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆·c2(NO2) H2<0

请回答下列问题：

(1)反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的H=_______(用含H1和H2的式子表示)。一定温度下，反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常数的表达式K=_______。

(2)决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率是反应②，反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1______E2(填“>”、“<”或“=”)。

(3)反应N2O4(g)2NO2(g)，在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与自身压强有如下关系：v(N2O4)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)。其中k1、k2是与温度有关的常数。一定温度下，相应的速率与压强关系如图所示，在图中标出的点中，能表示该反应达到平衡状态的两个点是________。

II.某学习小组以SO2为原料，采用电化学方法制取硫酸。

(4)原电池原理：该小组设计的原理示意图如图，写出该电池负极的电极反应式_____。

(5)电解原理：该小组用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后电解该溶液制得了硫酸。原理如图，写出开始电解时阳极的电极反应式_________。

(6)已知25℃时由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，则该混合溶液中各离子浓度的大小顺序为______(已知25℃时，H2SO3的电离平衡常数Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

Answer 1

【答案】H1+H2 < BD SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+ c(Na+)> c(SO32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)

【解析】

I.(1)根据盖斯定律计算所求反应的焓变，一定温度下，反应达到平衡状态，平衡时v(正)=v(逆)，结合速率方程推导反应的化学平衡常数表达式；

(2)决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反应②，则反应②就是速控步骤，整个反应化学速率取决于速控步骤的反应，活化能越高，反应速率越慢；

(3)反应达到平衡时，存在速率关系为v(正)=v(逆)，根据图象和速率表达式分析，解释原因；

II.(4)依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；

(5)根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式。

(6)利用25℃时，H2SO3的电离平衡常数Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常数，从而得知Na2SO3的水解与NaHSO3的电离程度相等。

I.(1)反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，则该反应的焓变为△H=△H1+△H2；

一定温度下，反应达到平衡状态，平衡时v(正)=v(逆)，由于2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，所以该反应的化学平衡常数为K=K1K2，根据速率方程式，K1=，K2=，则K= K1K2=；

(2)决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反应②，则反应②就是速控步骤，整个反应化学速率取决于速控步骤的反应，反应的活化能越高，反应速率越慢，速控步骤是慢反应，因此化学反应速率①＞②，可见②的活化能更高，因此反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1<E2；

(3)反应N2O4(g)2NO2(g)达到平衡时，存在速率关系为v(正)=v(逆)，根据反应方程式，应为NO2的消耗速率是N2O4消耗速率的两倍，根据图象，因此能表示该反应达到平衡状态的两个点是B和D；

II. (4)该原电池中，负极上二氧化硫失电子被氧化产生硫酸，所以负极上的电极反应式为：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；

(5)电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO3-溶液失去电子被氧化生成SO42-，则阳极电极反应式是：HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+；

(6)已知25℃时，H2SO3的电离平衡常数Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常数为Kh==1×10-7，可知Na2SO3的水解与NaHSO3的电离程度相等，则在25℃时由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，可知c(SO32-)=c(HSO3-)，则溶液中存在c(Na+)> c(S32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)。