Question

4．为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量．有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要．
（1）在汽车排气管内安装催化转化器，可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质．
已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②C和CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ•mol^-1和-283kJ•mol^-1
则2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5kJ•mol^-1
（2）将0.20mol NO和0.10mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中，反应过程中物质浓度变化如图所示．
①CO在0-9min内的平均反应速率v（CO）=4.4×10^-3 mol•L^-1•min^-1 （保留两位有效数字）；第12min时改变的反应条件可能为D．
A．升高温度    B．加入NOC．加催化剂    D．降低温度
②该反应在第24min时达到平衡状态，CO₂的体积分数为22.2%（保留三位有效数字），化学平衡常数K=3.4L/mol（保留两位有效数字）．
（3）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，该溶液中c（Na⁺）=2c（SO）+c（HSO）（用含硫微粒浓度的代数式表示）．
（4）通过人工光合作用能将水与燃煤产生的CO₂转化成HCOOH和O₂．已知常温下0.1mol•L^-1的HCOONa溶液pH=10，则HCOOH的电离常数K_a=1.0×10^-7．

Answer 1

分析 （1）写出C和CO燃烧热的热化学方程式，结合盖斯定律计算所需要的热化学方程式；
（2）①分析图象浓度变化，结合反应速率概念计算V=$\frac{△c}{△t}$得到，第12min时一氧化碳和一氧化氮减小，氮气浓度增大，说明平衡正向进行，依据化学平衡移动原理分析判断选项对平衡的影响；
②依据图象分析判断，平衡状态时一氧化碳一氧化氮和氮气浓度，结合化学平衡三段式列式计算平衡百分含量和平衡常数；
（3）依据溶液中存在的电荷守恒分析；
（4）计算水解平衡常数Kh，再根据Ka=$\frac{Kw}{Kh}$计算．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②C的燃烧热（△H）为-393.5kJ•mol^-1，热化学方程式为C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1；
③C0的燃烧热283kJ•mol^-1 ，热化学方程式为CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；
依据盖斯定律计算③×2-①得到，2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-746.5KJ/mol
故答案为：-746.5；
（2）①图象分析一氧化碳浓度变化=0.10mol/L-0.06mol/L=0.04mol/L，CO在0-9min内的平均反应速率v（CO）=$\frac{0.04mol/L}{9min}$=4.4×10^-3，第12min时，一氧化碳和一氧化氮浓度减小，浓度增大说明平衡正向进行；
A．反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，故A不符合；    
B．加入NO，平衡正向进行，一氧化氮浓度大于原平衡，故B不符合；
 C．加催化剂改变反应速率不改变化学平衡，故C不符合；    
D．反应是放热反应，降低温度，平衡正向进行，故D符合；
改变的反应条件可能是降低温度；
故答案为：4.4×10^-3；D；
 ②该反应在第24min时达到平衡状态，平衡浓度c（N₂）=0.03mol/L，c（NO）=0.14mol/L，c（CO）=0.04mol/L，依据化学平衡三段式列式计算
              2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.2      0.1      0        0
变化量（mol/L） 0.06     0.06     0.03     0.06
平衡量（mol/L） 0.14      0.04    0.03     0.06
CO₂的体积分数=$\frac{0.06}{0.14+0.04+0.03+0.06}$×100%=22.2%
平衡常数K=$\frac{0.0{6}^{2}×0.03}{0.1{4}^{2}×0.0{4}^{2}}$=3.4
故答案为：22.2%；3.4；
（3）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，依据溶液中电荷守恒分析，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），得到（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故答案为：2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）；
（4）常温下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH为10，溶液中存在HCOO-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{0.1-1{0}^{-4}}$=10^-7，则HCOOH的电离常数Ka=$\frac{Kw}{Kh}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=1×10^-7，故答案为：1.0×10^-7．

点评 本题考查了热化学方程式书写方法，化学平衡建立，平衡状态影响因素分析，化学反应速率、平衡常数计算应用，电解质溶液电荷守恒，弱电解质电离平衡的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．