Question

2．氮、硫、碳的氧化物有多种，其中SO₂和NO_x都是大气污染物，对它们的研究有助于空气的净化．
（1）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁△H₁＜0　（Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　          K₂△H₂＜0　（Ⅱ）
4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（II）达到平衡．测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的转化率α₁=75%．其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题．某研究小组在实验室以Ag^-ZSM-5为催化剂，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化的情况如图1．

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为NO的分解反应是放热反应，升温有利于反应逆向进行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，应控制的最佳温度在870℃左右．
②NO₂尾气常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和 NaNO₂．已知NO₂^-的水解常数K=2×10^-11mol•L^-1，常温下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH为5，则混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值为50
（4）利用图2所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂．阳极的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺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SO₄^2-生成．该反应的离子方程式为4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O
（5）消除汽车尾气，可以通过反应2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．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．如图3表示在其他条件不变时，NO的浓度c（NO）]随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线．
①该反应的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，在右图中画出c（NO） 在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线（并作相应标注）．
（6）某研究性学习小组欲探究SO₂能否与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀．查阅资料得知常温下BaSO₃的K_SP为5.48×10^-7，饱和亚硫酸中c（SO₃^2-）=6.3×10^-8 mol•L^-1． 将0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液滴入饱和亚硫酸中，不能 （填“能”或“不能”）生成BaSO₃沉淀，原因是若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其浓度积Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7 （请写出必要的推断过程）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数为①的平衡常数平方与②的商；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式计算参加反应NO物质的量，进而计算NO的转化率；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（3）①若NO分解为放热反应，升高平衡向逆反应方向移动，NO分解率会降低；
在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，控制的最佳温度应是NO还原为N₂的转化率最大温度；
②NO₂^-的水解常数K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，据此计算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（4）阳极发生氧化反应，阳极上是二氧化硫被氧化为硫酸根；
阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，与二氧化氮发生转化为无害气体，同时有SO₄^2-生成，无害气体为氮气；
（5）①．温度T₂到达平衡的时间短，反应速率快，故温度T₂＞T₁，温度越高，平衡时NO的浓度越高，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应；
②．催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同；
（6）计算浓度积Qc=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-），与溶度积Ksp（BaSO₃）比较判断．

解答 解：（1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式可知参加反应NO物质的量为0.15mol，则NO的转化率为$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动，NO转化率增大，故转化率α₂＞α₁，
故答案为：75%；＞；
（3）①升高温度，发现NO的分解率降低，可能是NO的分解反应是放热反应，升温有利于反应逆向进行，
由图可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，870℃时NO还原为N₂的转化率接近为100%，故最佳温度为870℃，
故答案为：NO的分解反应是放热反应，升温有利于反应逆向进行；870℃；
②常温下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH为5，则溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，NO₂^-的水解常数K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=2×10^-11mol•L^-1，则混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值为$\frac{c（O{H}^{-}）}{2×1{0}^{-11}}$=50，
故答案为：50；
（4）阳极发生氧化反应，阳极上是二氧化硫被氧化为硫酸根，阳极电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，与二氧化氮发生转化为无害气体，同时有SO₄^2-生成，无害气体为氮气，反应离子方程式为：4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O；
（5）①．温度T₂到达平衡的时间短，反应速率快，故温度T₂＞T₁，温度越高，平衡时NO的浓度越高，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②．催化剂的表面积S₁＞S₂，则催化剂S₁到达平衡的时间比催化剂S₂短，催化剂不影响平衡移动，平衡时NO的浓度相同，故c（NO） 在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，故答案为：；
（6）若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6.3×10^-8mol•L^-1，其浓度积Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）=0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7，故不能析出BaSO₃沉淀，
故答案为：不能；若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其浓度积Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数、水解常数、电解原理应用、溶度积应用等，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力，难度中等．