Question

6．研究发现，NO_x和SO₂是雾霾的主要成分，已知：
2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H₁=-566.00kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₃=-113.0kJ•mol^-1
则反应2NO₂（g）+SO₂（g）+CO（g）?SO₃（g）+2NO（g）+CO₂（g）的△H=-268.3kJ•mol^-1．NO_x主要来源于汽车尾气．
（1）T℃时，模拟汽车尾气催化转化：2NO+2CO?2CO₂+N₂，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程（0～15min）中NO的物质的量随时间变化如图所示：
①T℃时该化学反应的平衡常数K=5（mol/L）^-1；平衡时若保持温度不变，再向容器中充入0.2mol CO和0.4mol N₂，平衡将向右移动．（填“向左”、“向右”或“不”）
②图1中a、b分别表示使用同种催化剂时，达到平衡过程中n（NO）的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是b（填“a”或“b”）．
③15min时，若改变外界反应条件，导致n（NO）发生如图所示的变化，则改变的条件可能是增加CO的物质的量浓度或增大压强．
（二）SO₂主要来源于煤的燃烧．
25℃时，电离平衡常数：

化学式	H2CO3	H2SO3
电离平衡常数	K1=4.30×10-7 K2=5.61×10-11	K1=1.54×10-2 K2=1.02×10-7

回答下列问题：
（2）①常温下，pH相同的下列溶液：I、Na₂CO₃，II、NaHCO₃，III、Na₂SO₃．物质的量浓度由大到小的排列顺序为Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ．（用序号表示）
②用纯碱溶液吸收SO₂可将其转化为HSO₃^-，该反应的离子方程式是：H₂O+2SO₂+CO₃^2-═2HSO₃^-+CO₂↑．
（3）已知NaHSO₃溶液显酸性，下列说法正确的是D．
A．c（Na⁺_）=2c（SO₃^2-）+2c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃）
B．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^─）+c（HSO₃^─_）+c（SO₃^2-）
C．c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（H₂SO₃）＞c（SO₃^2-）
D．c（H⁺）+c（H₂SO₃）=c（SO₃^2-）+c（OH^-）

Answer 1

分析 ①2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H₁=-566.00kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ•mol^-1
③2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₃=-113.0kJ•mol^-1，$\frac{1}{2}×①$+$\frac{1}{2}×②$-③得，2NO₂（g）+SO₂（g）+CO（g）?SO₃（g）+2NO（g）+CO₂（g）△H=-268.3kJ•mol^-1，据此进行分析；
（1）①起始时，NO为4mol，平衡时NO为0.2mol，根据方程式求出平衡时CO、CO₂、N₂的浓度，根据平衡常数表达式计算；根据Qc与k的相对大小分析；
②催化剂表面积较大，反应速率快，达到平衡所用时间短；
③由图象可知，NO的浓度减小，平衡向正方向移动；
（2）①电解质溶液：I、Na₂CO₃ 溶液中碳酸根离子水解显碱性，II、NaHCO₃ 溶液中碳酸氢根离子水解显碱性，III、Na₂SO₃ 亚硫酸根离子水解显碱性，依据阴离子水解程度分析判断；
②碳酸钠溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳；
（3）A．据物料守恒分析，c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃）；
B．根据电荷守恒分析，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^─）+c（HSO₃^─）+2c（SO₃^2-）；
C．NaHSO₃溶液呈碱性，说明碳酸氢根离子的水解程度大于电离程度；
D．据物料守恒，c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃）①，根据电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^─）+c（HSO₃^─）+2c（SO₃^2-）②，由①②得c（H⁺）+c（H₂SO₃）=c（SO₃^2-）+c（OH^-）；

解答 解：①2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H₁=-566.00kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ•mol^-1
③2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₃=-113.0kJ•mol^-1，$\frac{1}{2}×①$+$\frac{1}{2}×②$-③得，2NO₂（g）+SO₂（g）+CO（g）?SO₃（g）+2NO（g）+CO₂（g）△H=-268.3kJ•mol^-1，
故答案为：-268.3kJ•mol^-1；
（1）①起始时，NO为0.4mol，平衡时NO为0.2mol，
                   2NO+2CO?2CO₂+N₂
起始（n）：0.4      0.4     0        0
变化：0.2      0.2    0.2     0.1
平衡：0.2     0.2     0.2     0.1
则平衡时的浓度：c（NO）=0.1mol/L，c（CO）=0.1mol/L，c（CO₂）=0.1mol/L，c（N₂）=0.05mol/L，
k=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{1}^{2}×0.05}{0．{1}^{2}×0．{1}^{2}}$=5（mol/L）^-1；
平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，则c（CO）=0.5mol/L，c（N₂）=0.45mol/L，
Qc=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{1}^{2}×0.45}{0．{1}^{2}×0．{5}^{2}}$=1.8＜k，则平衡将向右移动；
故答案为：5（mol/L）^-1；向右；
②催化剂表面积较大，反应速率快，达到平衡所用时间短，由图可知，b曲线代表的条件下反应速率快，所以b的催化剂的表面积大；
故答案为：b；
③由图象可知，NO的浓度减小，平衡向正方向移动，所以改变的条件为增加CO的物质的量浓度或增大压强；
故答案为：增加CO的物质的量浓度或增大压强；
（2）①从表格数据分析得酸性：HCO₃^-＞SO₃^2-＞CO₃^2-，所以碳酸钠的水解程度大于亚硫酸钠，大于碳酸氢钠，则当四种溶液的pH相同时，其物质的量浓度由大到小的顺序是II＞III＞I，
故答案为：II；III；I；
②碳酸钠溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，其反应的离子方程式为：H₂O+2SO₂+CO₃^2-═2HSO₃^-+CO₂↑；
故答案为：H₂O+2SO₂+CO₃^2-═2HSO₃^-+CO₂↑；
（3）A．由物料守恒得，c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃），故A错误；
B．根据电荷守恒得，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^─）+c（HSO₃^─）+2c（SO₃^2-），故B错误；
C．NaSCO₃溶液呈碱性，说明碳酸氢根离子的水解程度大于电离程度；c（OH^-）＞c（H⁺），说明HSO₃^-水解程度大于其电离程度，故c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）、c（H₂SO₃）＞c（SO₃^2-），水解程度不大所以c（HSO₃^-）＞c（H₂SO₃）、c（HSO₃^-）＞c（OH^-），溶液中氢氧根来源于水的电离与HSO₃^-水解，故c（OH^-）＞c（H₂SO₃），所以c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H₂SO₃）＞c（SO₃^2-），故C错误；
D．据物料守恒，c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃）①，根据电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^─）+c（HSO₃^─）+2c（SO₃^2-）②，由①②得c（H⁺）+c（H₂SO₃）=c（SO₃^2-）+c（OH^-），故D正确；
故答案为：D．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、化学平衡移动和平衡常数的计算、电解原理的应用，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和计算能力，注意把握三段式在化学平衡计算中的应用．