Question

10．中国环境监测总站数据显示，颗粒物（PM_2.5等）为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM_2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
Ⅰ．改变煤的利用方式可减少环境污染，通常可将水蒸气通过红热的碳得到水煤气．
（1）已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
由此可知焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
（2）煤气化过程中产生的有害气体H₂S可用足量的Na₂CO₃溶液吸收，该反应的离子方程式为CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-
（已知：H₂S：K_a1=1.3×10^-7，K_a2=7.1×10^-15；H₂CO₃：K_a1=4.4×10^-7，K_a2=4.7×10^-11）
（3）现将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通人到体积为2L的恒容密闭容器中发生如表反应：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H，得到两组数据

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡 所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

该反应的△H＜0（填“＜”或“＞”）；若在900⁰C时，另做一组实验，在2L的恒容密闭容器中加入l0mol CO，5mo1H₂O，2mo1CO₂，5mol H₂，则此时?_正＜?_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
（4）一定条件下，某密闭容器中已建立A（g）+B（g）?C（g）+D（g）△H＞0的化学平衡，其时间速率图象如图1，下列选项中对于t₁时刻采取的可能操作及其平衡移动情况判断正确的是A

A．减小压强，同时升高温度，平衡正向移动
B．增加B（g）浓度，同时降低C（g）浓度，平衡不移动
C．增加A（g）浓度，同时降低温度，平衡不移动
D．保持容器温度压强不变通入稀有气体，平衡不移动
Ⅱ．压缩天然气（CNG）汽车的优点之一是利用催化技术将NO_x转变成无毒的CO₂和N₂．
①CH₄（g）+4NO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁＜0
②CH₄（g）+2NO₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂＜0
（5）收集某汽车尾气经测量NO_x的含量为1.12%（体积分数），若用甲烷将其完全转化为无害气体，处理1×10⁴L（标准状况下）该尾气需要甲烷30g，则尾气中V （NO）：V （NO₂）=1：1．
（6）在不同条件下，NO的分解产物不同．在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图2所示．写出Y和Z的化学式：N₂O、NO₂．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）用盖斯定律求反应热，根据目标方程式将已知方程式变形运算求解；
（2）根据碳酸和氢硫酸的两步电离平衡常数进行比较氢硫酸与碳酸、碳酸氢根离子离子酸性大小，从而得出反应产物，写出反应的离子方程式；
（3）利用实验1与实验2温度变化比较平衡常数来判断反应热，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
（4）根据图1t₁时刻改变条件后v（正）瞬间增大，v（逆）减小，v（正）＜v（逆），则平衡一定正向移动，据此分析；
Ⅱ．（5）依据一氧化氮、二氧化氮变化为氮气，甲烷变化为二氧化碳过程中电子转移守恒列式计算；
（6）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，根据原子守恒判断产物．

解答 Ⅰ．（1）①H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
盖斯定律计算得到②×$\frac{1}{2}$-①得到焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1；
（2）由于K_a2=5.61×10^-11＜K_a1=9.1×10^-8＜K_a1=4.30×10^-7、K_a2=5.61×10^-11＞K_a2=1.1×10^-12，所以氢硫酸能够与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-；       
（3）则实验1升高温度实验2，验2计算平衡常数，
          H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L   1mol/L             0      0
转化 0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l    0.2mol/l
平衡 0.3mol/L   0.8mol/L    0.2mol/l    0.2mol/l
K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.167，温度升高K变小，温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，
按10mol C0，5mol H₂0，2mol C0₂，5mol H₂，分别加入该容器
Qc=$\frac{\frac{2}{2}×\frac{5}{2}}{\frac{10}{2}×\frac{5}{2}}$=0.2＞K
反应逆向进行，v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；＜；
（4）根据图1t₁时刻改变条件后v（正）瞬间增大，v（逆）减小，v（正）＜v（逆），则平衡一定正向移动，故选A，
故答案为：A；
Ⅱ．（5）收集某汽车尾气经测量NO_x的含量为1.12%（体积分数），若用甲烷将其完全转化为无害气体，处理1×10⁴L（标准状况下）该尾气需要甲烷30g，设尾气中NO物质的量为x，NO₂物质的量为y，2NO～N₂～4e^-，2NO₂～N₂～4e^-，CH₄～CO₂～8e^-，
2x+4y=$\frac{30g}{16g/mol}$×8=15mol
x+y=$\frac{1×1{0}^{4}L×1.12%}{22.4L/mol}$=5mol
计算得到x=2.5mol，y=2.5mol
尾气中V（NO）：V（NO₂）=1：1
故答案为：1：1；                
（6）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，其反应方程式为：3NO=Y+Z，根据原子守恒可知为N₂O、NO₂，
故答案为：N₂O、NO₂．

点评 本题综合考查化学平衡和化学反应速率等知识，做题时注意把握影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，此为化学平衡常考查问题，题目难度中等．