Question

为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要．
（1）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一．
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图1所示，根据图象判断反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10mol N₂与5mol O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v（N₂）=

 

．该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1mol，则达到平衡后N₂的转化率为

 

．
（2）利用图2所示装置（电极均为惰性电极）可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收NO₂．
①阳极的电极反应式为

 

．
②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SO₃^2-生成．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为

 

．
（3）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染．常温下，将a mol?L^-1的醋酸与b mol?L^-1 Ba（OH）₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=

 

（用含a和b的代数式表示）．

Answer 1

考点：化学平衡建立的过程,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的影响因素,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①根据“先拐先平数值大”原则判断的T₁、T₂大小，再根据平衡时氮气的体积分数判断温度对平衡的影响；
②利用三段式求出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时反应混合物各组分物质的量，再求出平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；再根据反应速率和转化率定义计算；
（2）①依据电极原理和反应过程中的离子变化写出电极反应；
②依据在碱性条件下，阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，依据方程式即可解答；
（3）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算；

解答： 解：（1）①根据图象判断，T₂曲线先到达平衡，反应速率大，温度较高，而温度升高，氮气的体积分数减小，说明升高温度平衡向正反应移动，升高温度向吸热方向进行，故正反应为吸热反应△H＞0；
故答案为：＞；
②令N₂转化的物质的量为xmol，则
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：10      5         0
反应（mol）：1       1          2
平衡（mol）：9       4          2
N₂的反应速率=

1mol 2L

50s

=0.01 mol?L^-1?s^-1；
平衡常数

( 2mol 2L )2

9mol 2L × 4mo 2L

=

1

9

令N₂转化的物质的量为xmol，则
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g），
起始（mol）：1      1              0
反应（mol）：x      x              2x
平衡（mol）：1-x   1-x            2x
所以

( 2x 2 )2

1-x 2 × 1-x 2

=

1

9

，解得x=

1

7

，
N₂的转化率为

1 7 mol

1mol

×100%=14.3%；
故答案为：0.01 mol?L^-1?s^-1，14.3%；
（2）①依据图示可知，二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极区发生反应SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应，S₂O₄^2-中硫元素由+3价，变为硫酸根中硫元素为+4价，S₂O₄^2-被氧化是还原剂；二氧化氮中的氮元素化合价为+4价变为氮气0价，二氧化氮被还原为氧化剂，依据原子守恒和得失电子守恒可得，发生的离子方程式为4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，所以该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2，
故答案为：1：2；
（3）通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K=

c(CH3COO-c(H+))

c(CH3COOH)

=

b×10-7

a 2 -b

=

2b

a-2b

×10^-7L/mol；
用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为

2b

a-2b

×10^-7L/mol；
故答案为：

2b

a-2b

×10^-7L/mol；

点评：本题考查热化学方程式，化学平衡常数、化学平衡影响因素分析，原电池原理的分析应用，主要是弱电解质电离平衡常数的计算，题目难度中等．