Question

17．请按要求回答如下有关大气污染处理的相关问题．
（1）汽车发动机工作时常会产生NO₂，其中主要反应的能量变化如图1所示：
（1）①写出N₂和O₂反应的热化学方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-120kJ•mol^-1，．
②常温下NH₃可与NO₂直接反应实现无害转化．写出用此法治理n（NO）：n（NO₂）=1：1时反应（可逆）的化学方程式；已知该反应△H＜0，写出既能加快反应速率又能提高氮氧化物的转化率的措施之一：其他条件不变，增大氨气的浓度．
（2）利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）；不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容恒温密闭容器中通入2molCO，测得CO2的物质的量分数随时间t变化曲线如图2所示：
①T₁温度下，0.5min内CO₂的平均速率为0.8mol•L^-1•min^-1．
T₂温度下，化学平衡常数K=1024．
②a点时，向容器中再冲入2molCO，再次达到平衡后，φ（CO₂）不变（填“增大”、“减小”或“不变”
（3）利用I₂消除SO₂污染的工业流程如图：
①反应器中反应的离子方程式：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-．
②用化学平衡移动的原理分析，使用膜反应器及时分离出H₂的目的是：碘化氢分解为可逆反应，及时分离出产物氢气，有利于反应正向进行，且生成更多的碘，有利于循环使用．．

Answer 1

分析 （1）①氮气与氧气高温下反应生成一氧化氮，该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和；
②依据题意n（NO）：n（NO₂）=1：1与氨气反应生成氮气和水，依据氧化还原反应得失电子守恒配平方程式；依据浓度对反应速率与化学平衡移动的影响解答；
（2）①根据CO起始量和0.5min末时CO₂的体积分数（即物质量分数），列式计算即可求出从反应开始至0.5min末时的反应速率为v（CO₂）；根据a点时CO₂的体积分数φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡浓度进而求出T₂时化学平衡常数K；
②在定温、定容条件下，对反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效．两平衡中各组分的物质的量分数、气体体积分数、质量分数等对应相等；
（3）①二氧化硫与碘在酸性环境下发生氧化还原反应生成硫酸和碘化氢；
②碘化氢分解为可逆反应，依据浓度对化学平衡移动的影响解答．

解答 解：（1）①氮气与氧气高温下反应生成一氧化氮，该反应中的反应热=反应物的键能和-生成物的键能和=1140kJ/mol-1260kJ/mol=-120kJ/mol，热化学方程式为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-120 kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=-120 kJ•mol^-1；
②依据题意n（NO）：n（NO₂）=1：1与氨气反应生成氮气和水，依据氧化还原反应得失电子守恒，反应的方程式：2NH₃+NO₂+NO?2N₂+3H₂O；增大反应物浓度可以提高反应速率，其他条件不变，增大氨气的浓度，2NH₃+NO₂+NO?2N₂+3H₂O平衡正向，移动二氧化氮、一氧化氮转化率提高；
故答案为：2NH₃+NO₂+NO?2N₂+3H₂O；其他条件不变，增大氨气的浓度；
（2）①0.5min时：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol          2                                 0
转化量/mol         x                                  x
a点量/mol          2-x                                 x
根据a点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=$\frac{x}{2}$=0.40，得x=0.8mol，则从反应开始至a点时的反应速率为v（CO₂）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{0.5min}$=0.8mol•L^-1•min^-1；
T₂时：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    2                                 0
转化量/mol    y                                y
b点量/mol    2-y                                y
根据a点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=$\frac{y}{2}$=0.80，
得y=1.6mol，c（CO）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.8mol•L^-1
T₁时化学平衡常数K=$\frac{{c}^{5}（C{O}_{2}）}{{c}^{5}（CO）}$=$\frac{0.8{\;}^{5}}{0.2{\;}^{5}}$=1024，
故答案为：0.8mol•L^-1•min^-1；1024；
②在定温、定容条件下，5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）反应前后气体系数和相等，向容器中再冲入2molCO，则与原平衡状态建立等比等效，两平衡中各组分的物质的量分数、气体体积分数相同，所以二氧化碳体积分数不变；
故答案为：不变；
（3）①二氧化硫与碘在酸性环境下发生氧化还原反应生成硫酸和碘化氢，反应的离子方程式：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-；
故答案为：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+2I^-+SO₄^2-；
②碘化氢分解为可逆反应，及时分离出产物氢气，相当于降低生成物浓度，化学平衡正向移动，生成的碘的物质的量增大，有利于循环使用；
故答案为：碘化氢分解为可逆反应，及时分离出产物氢气，有利于反应正向进行，且生成更多的碘，有利于循环使用．

点评 本题为综合题，考查了化学反应速率和化学平衡常数的相关计算、化学平衡移动原理，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，把握化学平衡常数的计算以及平衡移动的影响是解题关键，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度较大．