Question

随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．

（1）图1是在101kP_a，298k条件下1mol NO₂和1mol CO反应生成1mol CO₂和1mol NO过程中能量变化示意图．已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）+2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
则在298k时，反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=

 

．
（2）将0.20mol NO₂和0.10molCO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图2所示．
①下列说法正确的是

 

．（填序号）
a．容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡
b．当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向正反应方向移动，K值增大
c．升高温度后，K值减小，NO₂的转化率减小
d．向该容器内充入He气，反应物的体积减小，浓度增大，所以反应反应速率增大
②计算产物NO₂在0～2min时平均反应速率v（NO₂）=

 

mol?L^-1?min^-1；
③第4min时改变的反应条件为

 

（填“升温”、“降温”）；
④计算反应在第6min时的平衡常数K=

 

．若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡将

 

移动（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（3）有学者想以如图3所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料．其负极的反应式为

 

，当有0.25mol SO₂被吸收，则通过质子（H⁺）交换膜的H⁺的物质的量为

 

．
（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²．现将2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液与一定浓度的CaC1₂溶液等体积混合生成沉淀，计算应加入CaC1₂溶液的最小浓度为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据化学平衡移动原理，反应的特征分析判断选项中平衡影响因素和反应速率影响因素；
②依据图象数据分析计算；
③图象分析判断4min后反应物浓度增大，生成物浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温改变符合图象变化；
④依据图象读出平衡浓度，结合平衡常数概念计算平衡常数，再加入物质浓度，可以利用浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）依据图示可知二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸根，依据电荷守恒写出电极反应，依据电极反应计算通过隔膜的过氢离子；
（4）依据溶度积常数和溶液中离子浓度计算分析判断，Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
298k条件下1mol NO₂和1mol CO反应生成1mol CO₂和1mol NO的热化学方程式：
③2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（368-134）KJ/mol=-232KJ/mol
依据盖斯定律（②-①+③）÷2得到反应的热化学方程式：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-759KJ/mol，
故答案为：-759KJ/mol；
（2）图象分析可知反应为：NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g）
①a．反应前后气体体积不变，当容器内的压强不发生变化，不能说明该反应达到平衡，故a错误；
b．当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向逆反应方向移动，K值不变，故b错误；
c．升高温度后，K值减小，说明平衡逆向进行，NO₂的转化率减小，故c正确；
d．向该容器内充入He气，总压增大，气体分压不变，所以反应反应速率不变，故d错误；
故选c；
②产物NO₂在0～2min时平均反应速率v（NO₂）=

0.2mol/L-0.17mol/L

2min

=0.015mol/L?min，故答案为：0.015；
③图象分析可知4min后二氧化氮和一氧化碳浓度增大，一氧化氮和二氧化碳浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，符合图象变化，；
故答案为：升温；
④依据图象分析，6min时平衡状态下物质的浓度为c（NO₂）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（NO）=0.02mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反应的平衡常数依据平衡常数概念计算，NO₂（g）+CO（g）?NO（g）+CO₂（g），K=

0.02×0.02

0.18×0.08

=

1

36

；若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，浓度商计算Qc=

0.02×0.08

0.18×0.10

=

4

45

＞K，平衡逆向进行，
故答案为：

1

36

；逆向；
（3）图3所示装置分析，用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料．其负极的反应为二氧化硫失电子生成硫酸根离子的过程，电极反应为：SO₂++2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，当有0.25mol SO₂被吸收，电子转移0.5mol，依据电子守恒分析通过质子（H⁺）交换膜的H⁺的物质的量为0.5mol，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；0.5mol；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案为：5.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，化学平衡影响因素分析，平衡常数计算应用，原电池原理的理解分析，溶度积常数的计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．