Question

12．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（g）+O₂（g）?2NO（g），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图1所示，根据图象判断反应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10mol N₂与5mol O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v（N₂）=0.01mol•L^-1•s^-1．该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1mol，则达到平衡后N₂的转化率为14.3%（保留一位小数）
（2）利用图2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SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．
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1：2．
（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^-1的醋酸与b mol•L^-1Ba（OH）₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol（用含a和b的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）①根据“先拐先平数值大”原则判断的T₁、T₂大小，再根据平衡时氮气的体积分数判断温度对平衡的影响；
②利用三段式求出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时反应混合物各组分物质的量，再求出平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；再根据反应速率和转化率定义计算；
（2）①依据电极原理和反应过程中的离子变化写出电极反应；
②依据在碱性条件下，阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，依据方程式即可解答；
（3）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

解答 解：（1）①根据图象判断，T₂曲线先到达平衡，反应速率大，温度较高，而温度升高，氮气的体积分数减小，说明升高温度平衡向正反应移动，升高温度向吸热方向进行，故正反应为吸热反应△H＞0；
故答案为：＞；
②令N₂转化的物质的量为xmol，则
            N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：10      5        0
反应（mol）：1       1        2
平衡（mol）：9       4        2
N₂的反应速率=$\frac{1mol}{\frac{2L}{50s}}$=0.01 mol•L^-1•s^-1；
平衡常数$\frac{（\frac{2mol}{2L}）^{2}}{\frac{9mol}{2L}×\frac{4mol}{2L}}$=$\frac{1}{9}$
令N₂转化的物质的量为xmol，则
           N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1      1        0
反应（mol）：x      x        2x
平衡（mol）：1-x    1-x      2x
所以$\frac{（\frac{2x}{2}）^{2}}{\frac{1-x}{2}×\frac{1-x}{2}}$=$\frac{1}{9}$，解得x=$\frac{1}{7}$，
N₂的转化率为$\frac{\frac{1}{7}mol}{1mol}$×100%=14.3%；
故答案为：0.01 mol•L^-1•s^-1，14.3%；
（2）①依据图示可知，二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极区发生反应SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应，S₂O₄^2-中硫元素由+3价，变为硫酸根中硫元素为+4价，S₂O₄^2-被氧化是还原剂；二氧化氮中的氮元素化合价为+4价变为氮气0价，二氧化氮被还原为氧化剂，依据原子守恒和得失电子守恒可得，发生的离子方程式为4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，所以该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2，
故答案为：1：2；
（3）通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K=$\frac{C（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×C（{H}^{+}）}{C（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案为：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

点评 本题考查热化学方程式，化学平衡常数、化学平衡影响因素分析，原电池原理的分析应用，主要是弱电解质电离平衡常数的计算，题目难度中等．