Question

【题目】研究碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等大气污染物的处理对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。工业上处理氮的氧化物途径有多种:

Ⅰ.碱吸法。

（1）利用纯碱溶液吸收NO、NO2，发生的反应共生成两种盐，请写出有关氧化还原方程式：______________________________________、NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2

Ⅱ.催化氧化法：城市中NOx和CO污染主要来源于汽车尾气，可以利用化学方法将其转化为无毒无害的物质。

（2）已知：N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝－564 kJ·mol－1

请写出把汽车尾气转化为无毒无害的物质的热化学方程式：__________________________

（3）为研究汽车尾气转化为无毒无害的物质有关反应,在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，可采取的措施有__________（填字母序号）。

a．改用高效催化剂 b．缩小容器的体积 c．升高温度 d．增加CO的浓度

②压强为10 MPa、温度为T1下，若反应进行到20 min达到平衡状态，容器的体积为4 L，用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)＝_______，该温度下平衡常数Kp＝______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；保留两位有效数字）。

③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的______点。

Ⅲ. 电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图。

（4）N极的电极反应式为________。

（5）在25℃时，将a mol·L－1的氨水与0.1mol·L－1的硝酸等体积混合后溶液显中性，用含a的代数式表示NH4NO3的水解常数Kh＝_____________。

Answer 1

【答案】NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2 2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1 bd 0.05mol/(L·min) 0.089MPa-1 （或4/45MPa-1） G NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+ (10a-1)×10-7

【解析】

（1）NO2在碱性条件下容易发生歧化反应；

（2）根据盖斯定律，要注意题给信息汽车尾气为NOx和CO，这里指NO；

（3）2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g) ＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1，①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，改变条件使平衡向正反应方向移动即可；

②利用“三段式”来解决化学平衡计算问题；

③此反应为放热反应，体积减少的反应，若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡将向正反应方向移动；

（4）分析一下电解池，M电极的NO变成NH4＋，N电极的NO变成NO3－，可知M电极为阴极，N电极为阳极，则N极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，此时溶液为NH4NO3，提供O元素的只能是H2O；

（5）NH4＋＋H2ONH3·H2O＋H＋，Kh＝(c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)，a mol·L－1的氨水与0.1mol·L－1的硝酸等体积混合后溶液显中性，则c(H＋)=，c(NH3·H2O)和c(NH4＋)可通过“三段式”来求出，再带入水解平衡常数公式。

（1）NO2在碱性条件下容易发生歧化反应，生成NO2-，NO3-，氧化还原方程式：NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2；

（2）根据盖斯定律，将反应1反向再与反应2加和即可得出答案，2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1，注意要写反应条件，此为易错点；

（3）①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，改变条件使平衡向正反应方向移动，a．改用高效催化剂，催化剂只能改变反应速率，不能改变反应平衡；b．缩小容器的体积，相当于增大压强，此反应是体积减少的反应，平衡向正反应方向移动，所以提高反应速率同时提高NO的转化率，正确；c．升高温度，反应速率提高，但该反应是放热反应，平衡向逆反应方向移动，错误；d．增加CO的浓度，浓度增大，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，正确，故选b.d；

②压强为10 MPa、温度为T1下，若反应进行到20 min达到平衡状态，对应图像E点，利用“三段式”来计算：2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)

初始时物质的量/mol 8 10 0 0

变化的物质的量/mol x x x 0.5x

平衡时物质的量/mol 8-x 10-x x 0.5x

NO的体积分数为25%，根据阿伏加德罗定律及推论体积分数等于物质的量分数，(8-x)/( 8-x+10-x+x+0.5x)=25%，x=4，v(CO2)＝=0.05mol/(L·min)，Kp＝，PCO2=总压×物质的量分数=P总 Mpa，同理其它物质的分压也可以用类似的方法来求出，然后带入Kp＝=0.089MPa-1；

③此反应是体积减少的反应，放热反应，在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡向正反应方向移动，NO的体积分数降低，对应图像的G点；

（4）电解池中M极的NO变成NH4+，N极的NO变成NO3-，故M极为阴极，N极为阳极，介质为NH4NO3溶液，N极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+；

（5）NH4＋＋H2ONH3·H2O＋H＋，Kh＝c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)，a mol·L－1的氨水与0.1mol·L－1的硝酸等体积混合后溶液显中性，则c(H＋)=，c(NH3·H2O)和c(NH4＋)可通过“三段式”来求出，氨水与硝酸等体积混合的离子方程式为：

NH3·H2O+ H+ = NH4＋＋ H2O

初始时物质的量浓度/mol/L a 0.1 0

变化的物质的量浓度/mol/L 0.1- 0.1-0.1-

平衡时物质的量浓度/mol/L a-0.1+ 0.1-

Kh＝c(NH3·H2O)·c(H＋)/c(NH4＋)= (10a-1)×10-7