Question

17．2012年乌鲁木齐机动车保有辆迈入“50万辆时代”，汽车尾气已成为重要的空气污染物
（1）汽车内燃机工作时引起反应：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO 的原因之一．T ⁰C时，向5L密闭容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后达平衡时NO 物质的量为6mol，该反应的速率v（NO）为0.24mol/（L．min）；该条件下的平衡常数1.2
（2）H₂或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的：
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
则H₂（g）与NO（ g）反应生成N₂ （g）和H₂O（l）的热化 学方程式为2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol．
②当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．
图1是反应：2NO（g）+2C0（g）=2CO₂（g）+N₂（g）中NO的浓度随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线，据此判断该反应 的△H＜ O （填“＞”、“＜”或“无法确定”）．若催化剂的表面积增大至S₂，则反 应在T₁、S₂条件下达到平衡时NO的浓度不变（填“增大”、“减小”或“不变”）

（3）人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素（CO（NH₂）₂），即通过阳极反应 生成具有强氧化作用的中间产物来氧化代谢产物，原理如图2：
①电源的负极为B （填“A”或“B”）．
②阳极室中发生的反应为2Cl^--2e^-=Cl₂↑、3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将不变；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为7.2 g（忽略气体的溶解）．

Answer 1

分析 （1）利用三段式计算各组分物质的量变化量、平衡时各组分物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO）；由于反应前后气体的体积不变，用平衡时物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算；
（2）①由盖斯定律②-①得H₂（g）与N0（ g）反应生成N₂ （g）和H₂0（l）的热化学方程式；
②T₂温度先得到平衡，说明反应速率快，故温度T₂＞T₁，再根据平衡时NO的浓度，判断升高温度平衡影响方向，进而判断反应是吸热，还是放热；
催化剂的表面积增大，反应速率加快，但不影响平衡移动；
（3）①由图可知，右侧生成氯气，发生还原反应，故右侧为原电池的阴极；
②由图可知，阳极中氯离子生成氯气，尿素生成二氧化碳、氮气，最终导出NaCl溶液，故尿素、氯气、水反应生成HCl、二氧化碳与氮气；
③阴极是水放电生成氢气与碱，由电荷守恒可知，电解中左侧的氢离子通过质子交换膜加入右侧；
根据电子转移守恒，氯离子失去电子数等于生成氢气获得电子数，氢气体积等于氯气体积，而氯气又氧化尿素，结合方程式可知氯气与二氧化碳、氮气总体积关系，结合两极总体积计算二氧化碳、氮气总体积，由元素守恒可知二氧化碳与氮体积之比为1：1，进而计算尿素的质量．

解答 解：（1）向5L密闭容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后达平衡时NO物质的量为6mol，则：
           N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）
开始（mol）：8      9        0
转化（mol）：3      3        6
平衡（mol）：5      6        6
故v（NO）=$\frac{\frac{6mol}{5L}}{5min}$=0.24mol/（L．min），
由于反应前后气体的体积不变，用平衡时物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{{6}^{2}}{5×6}$=1.2，
故答案为：0.24mol/（L．min）；1.2；
（2）①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol  ①
2H₂（g）+0₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol   ②
根据盖斯定律②-①得H₂（g）与N0（ g）反应生成N₂ （g）和H₂0（l）的热化学方程式为2H₂（g）+NO（g）=N₂（g）+2H₂0（l）△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol=-752.1kJ/mol，
故答案为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
②T₂温度先得到平衡，说明反应速率快，故温度T₂＞T₁，T₂温度平衡时NO的浓度较大，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即△H＜O；
催化剂的表面积增大，反应速率加快，但不影响平衡移动，故平衡时时NO的浓度不变，
故答案为：＜；不变；
（3）①由图可知，右侧生成氯气，发生还原反应，故右侧为原电池的阴极，连接电源B为负极，故答案为：B；
②由图可知，阳极中氯离子生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，尿素生成二氧化碳、氮气，最终导出NaCl溶液，故尿素、氯气、水反应生成HCl、二氧化碳与氮气，反应方程式为：3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑； 3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂；
③阴极是水放电生成氢气与碱，由电荷守恒可知，电解中左侧的氢离子通过质子交换膜加入右侧，最终溶液pH不变；
根据电子转移守恒，氯离子失去电子数等于生成氢气获得电子数，氢气体积等于氯气体积，而氯气又氧化尿素，结合3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂ 可知，氯气体积为二氧化碳、氮气总体积为1.5倍，而二者总体积为$\frac{13.44L}{1+1.5}$=5.376L，二氧化碳与氮体积之比为1：1，故氮气体积为5.376L×$\frac{1}{2}$=2.688L，其物质的量为$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，故尿素的物质的量为0.12mol，则尿素质量为0.12mol×60g/mol=7.2g，
故答案为：不变；7.2．

点评 本题属于拼合型题目，涉及化学反应速率、化学平衡常数计算、热化学方程式书写、化学平衡图象及影响因素、电解原理及有关计算，侧重考查学生对知识的迁移应用，（3）中阳极发生的有关反应为易错点、难点，注意根据图象分析发生的反应，难度中等．