Question

1．碳、硫和氮的氧化物与大气污染密切相关，对CO₂、SO₂和NO₂的研究很有意义．
（1）科学家发现NO_x与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：
I：2NO₂（g）+NaCl（g）?NaNO₃（g）+ClNO（g）△H₁＜0（平衡常数为K₁）
II：ZNO（g）+Cl（g）?2ClNO（g）△H₂＜0（平衡常数为K₂）
III：4NO₂（g）+2NaCl（g）?2NaNO₂（g）+2NO（g）+Cl₂（g）△H₃ （平衡常数为K₃）
反应III中K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示），△H₃=2△H₁-△H₂（用△H₁、△H₂表示）．若反应 II在恒温、恒容条件下进行，能判断该反应一定达到平衡状态的标志是AD．
A．容器内混合气体的压强保持不变
B．v正（NO）=v逆（Cl₂）
C．容器内混合气体的密度保持不变
D．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
（2）汽车尾气中排放的NO_x和CO会污染环境，在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NO_x和CO的排放，为了模拟应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）在催化转化器内的工作情况，控制一定条件，让反应在恒容密闭容器中进行，用传感器测得不同时间NO（g）和CO（g）的浓度如表：

时间/S	0	1	2	3	4	5
c（NO）/（10-4mol/L）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/（10-3mol/L）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

平衡时，NO的转化率ɑ（NO）=90%，
此溫度下，该反应的平衡常数K=5000．
（3）科学家提出由CO₂制取C的工艺如图1所示．已知：在重整系统中n（FeO）：n（CO₂）=5：1则在“热分解系统”中，Fe_xO_y的化学式为Fe₅O₇．

（4）NQ_x可“变废为宝”，由NO电解可制备NH₄NO₃，其工作原理如图2所示（M、N为多孔电极）．为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需向电解产物中补充适量NH₃．电解时M和电源负 极（填“正或负”）相连，书写N极发生的电极反应式．

Answer 1

分析 （1）已知：Ⅰ、2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
Ⅱ、2NO（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），由此计算该反应平衡常数和△H₃，可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（2）由图表可知反应进行到4s时达到平衡状态，
                                   2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始浓度（10^-4mol/L）        10             36            0          0
变化浓度（10^-4mol/L）        9                9           4.5          9
平衡浓度（10^-4mol/L）        1.0            27            4.5       9
根据反应物的转化率和平衡常数计算公式计算即可；
（3）由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe_xO_y和C，根据原子守恒确定Fe_xO_y的化学式；
（4）电解NO制备NH₄NO₃，M极发生还原反应为阴极，N极NO被氧化为NO₃^-是阳极，据此分析判断并写出N极电极反应式．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g） K₁ △H＜0 （I）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g） K₂ △H＜0 （II）
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，△H₃=2△H₁-△H₂；
A．在恒温、恒容条件下，反应2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）进行过程中气体总物质的量不断变化，压强也在变化，当容器内混合气体的压强保持不变，说明达到平衡状态，故A正确；
B．当v正（NO）=2v逆（Cl₂）时，反应达到平衡状态，故B错误；
C．混合气体的质量和体积始终不变，则容器内混合气体的密度保持不变，无法判断是平衡状态，故C错误；
D．混合气体的质量和始终不变，气体的总物质的量不确定，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变时，反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；2△H₁-△H₂；AD；
（2）由图表可知反应进行到4s时达到平衡状态，
                                   2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始浓度（10^-4mol/L）        10             36            0          0
变化浓度（10^-4mol/L）        9                9           4.5          9
平衡浓度（10^-4mol/L）        1.0            27            4.5       9
平衡时，NO的转化率ɑ（NO）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol/L}{10×1{0}^{-4}mol/L}×100%$=90%；
此溫度下，该反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（4.5×1{0}^{-4}mol/L）×（9×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}{（1.0×1{0}^{-4}mol/L）^{2}×（27×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}$=5000，
故答案为：90%；5000；
（3）由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe_xO_y和C，发生的反应中n（FeO）：n（CO₂）=5：1，根据Fe原子、O原子守恒可知x：y=5：（5+2）=5：7，故Fe_xO_y的化学式为Fe₅O₇；
故答案为：Fe₅O₇；
（4）电解NO制备NH₄NO₃，M极发生还原反应为电解池的阴极，连接电源的负极，而N极上发生氧化反应，其电极反应式为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，
故答案为：负；NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺．

点评 本题考查化学平衡状态的判断及计算、盖斯定律的应用以及电解原理的应用等知识，较为综合，考查对图表分析提取信息能力等，为高考常见题型，题目难度中等．