Question

16．PM2.5污染跟工业燃煤密切相关，燃煤还同时排放大量的SO₂和NO_X．
（1）在一定条件下，SO₂气体可被氧气氧化，每生成8g SO₃气体，放出9.83kJ的热量，写出该反应的热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol．若起始时向密闭容器内充入0.4mol SO₂和0.2mol O₂，达平衡后放出的热量为Q，则Q＜39.32kJ（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）一定条件下，在恒容密闭的容器中，当上述反应达到平衡时，下列说法正确的是ad（填序号）
a.2v_逆（SO₂）=v_正（O₂）   　　          
b．△H保持不变
c．混合气体密度保持不变 　             
d．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）500℃时，在催化剂存在条件下，分别将2mol SO₂和1mol O₂置于恒压容器I和恒容容器II中（两容器起始容积相同，），充分反应均达到平衡后，两容器中SO₂的转化率关系是I＞II（填“＞”、“＜”或“=”）．若测得容器II中的压强减小了30%，则该容器中SO₃体积分数为86.7%（结果保留3位有效数字）．
（4）将生成的SO₃溶于水，再向溶液中通入NH₃得到1L cmol/L（NH₄）₂SO₄溶液的PH=5，计算该（NH₄）₂SO₄溶液的水解平衡常数K_h=$\frac{1{0}^{-10}}{2c}$．
（5）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作原电池，其装置见右图．该电池中Na⁺向Ⅱ电极移动（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），在电池使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为NO₂+NO₃^--e-═N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）发生反应：2SO₂+O₂=2SO₃，计算生成2mol三氧化硫反应放出的热量，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
可逆反应不能完全转化，得到三氧化硫小于0.4mol，8g三氧化硫为0.1mol，故放出的热量小于生成2mol三氧化硫放出热量的4倍；
（2）a．可逆反应到达平衡时，不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比；
b．△H与化学计量数有关；
c．恒容条件下，混合气体密度始终保持不变；
d．混合气体总质量不变，随反应进行总减小，平衡相对分子质量增大，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应到达平衡；
（3）恒容容器II中随反应进行，混合气体总物质的量减小，则平衡时容器内压强减小，恒压容器I中平衡可以等效为容器在II平衡的基础上增大压强，平衡正向移动；
若测得容器II中的压强减小了30%，则平衡时混合气体总物质的量减小（2mol+1mol）×30%=0.9mol，平衡时总物质的量为3mol-0.9mol=2.1mol，根据差量法可知平衡时三氧化硫的物质的量为0.9mol×2=1.8mol，进而计算该容器中SO₃体积分数；
（4）将生成的SO₃溶于水，得到（NH₄）₂SO₄溶液浓度为cmol/L，溶液的pH=5，溶液中c（NH₃．H₂O）≈c（H⁺），c（NH₄⁺）≈2cmol/L，代入水解平衡常数K_h=$\frac{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）×c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$计算；
（5）原电池中电子由负极通过导线聚集在正极，正极发生还原反应，电解质阳离子向正极移动；
NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y为五氧化二氮，石墨I上是二氧化氮失去电子，与硝酸根离子反应生成五氧化二氮，石墨II上是氧气获得电子，与五氧化二氮获反应生成硝酸根．

解答 解：（1）生成2mol三氧化硫反应放出的热量为9.83kJ×$\frac{2mol×80g/mol}{8g}$=196.6kJ，故反应热化学方程式为：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol，
可逆反应不能完全转化，得到三氧化硫小于0.4mol，8g三氧化硫为0.1mol，故放出的热量小于生成2mol三氧化硫放出热量的4倍，即Q＜39.32kJ，
故答案为：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol；＜；
（2）a．由于2v_逆（SO₂）=v_逆（O₂），而2v_逆（SO₂）=v_正（O₂），则v_逆（O₂）=v_正（O₂），故反应处于平衡状态，故a正确；
b．△H与化学计量数有关，不能说明平衡是否处于平衡状态，故b错误；
c．恒容条件下，混合气体总质量不变，则混合气体密度始终保持不变，故c错误；
d．混合气体总质量不变，随反应进行总减小，平衡相对分子质量增大，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应到达平衡，故d正确，
故选：ad；
（3）恒容容器II中随反应进行，混合气体总物质的量减小，则平衡时容器内压强减小，恒压容器I中平衡可以等效为容器在II平衡的基础上增大压强，平衡正向移动，故两容器中SO₂的转化率关系是I＞II；
若测得容器II中的压强减小了30%，则平衡时混合气体总物质的量减小（2mol+1mol）×30%=0.9mol，平衡时总物质的量为3mol-0.9mol=2.1mol，
2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g） 物质的量减小
                 2             1
                1.8mol         0.9mol
该容器中SO₃体积分数为$\frac{1.8mol}{2.1mol}$×100%=85.7%，
故答案为：＞；85.7%；
（4）将生成的SO₃溶于水，得到（NH₄）₂SO₄溶液浓度为cmol/L，溶液的pH=5，溶液中c（NH₃．H₂O）≈c（H⁺），c（NH₄⁺）≈2cmol/L，代入水解平衡常数K_h=$\frac{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）×c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-5}×1{0}^{-5}}{2c}$=$\frac{1{0}^{-10}}{2c}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-10}}{2c}$；
（5）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y为五氧化二氮，石墨I上是二氧化氮失去电子，与硝酸根离子反应生成五氧化二氮，石墨II上是氧气获得电子，与五氧化二氮获反应生成硝酸根，
而原电池中电子由负极通过导线聚集在正极，正极发生还原反应，电解质阳离子向正极移动，即钠离子向Ⅱ极移动，石墨I上电极反应式为：NO₂-e^-+NO₃^-=N₂O₅，
故答案为：Ⅱ；NO₂-e^-+NO₃^-=N₂O₅．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断、热化学方程式、水解平衡常数、原电池等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用知识的能力，难度中等．