Question

20．2014年1月4日，国家减灾办、民政部首次将危害健康的雾霾天气纳入2013年自然灾情进行通报．雾霾的形成与汽车尾气和燃煤有直接的关系，新近出版的《前沿科学》杂志刊发的中国环境科学研究院研究员的论文《汽车尾气污染及其危害》，其中系统地阐述了汽车尾气排放对大气环境及人体健康造成的严重危害．
（1）用SO₂气体可以消除汽车尾气中NO₂，已知NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
一定条件下，将NO₂与SO₂以物质的量比1：2置于体积为1L 密闭容器中发生上述反应，
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\frac{8}{3}$．
（2）目前降低尾气中的NO和CO可行方法是在汽车排气管上安装催化转化器．NO和CO在催化转换器中发生反应：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
在25℃和101kPa下，将2.0mol NO、2.4mol气体
CO通入到固定容积为2L的容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：
①有害气体NO的转化率为40%
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，
则改变的条件可能是c d（选填序号）．
a．缩小容器体积b．增加CO的量  c．降低温度  d．扩大容器体积
（3）消除汽车尾气中NO₂也可以用CO，已知2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；CO的燃烧热△H=-c kJ•mol^-1．写出消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO的反应的热化学反应方程式4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c） kJ•mol^-1．
（4）已知NH₃•H₂O的K_b=2.0×10^-5
①求0.10mol/L的 NH₃•H₂O的c（OH^-）=1.4×10^-3mol/L
②若向其中加入固体NH₄Cl，使c（NH₄⁺）的浓度达到0.20mol/L，则c（OH^-）=10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）利用三段法计算平衡时的浓度来计算化学平衡常数，可逆反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H＞0．设加入的二氧化氮的物质的量为a，则二氧化硫的为2a，
                     NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的量 1a              2a               0             0
转化物质的量 x                 x              x              x
平衡物质的量 a-x            2a-x           x               x
则（a-x）：（2a-x）=1：6，
x=$\frac{4a}{5}$
平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，依据计算得到的平衡状态下物质的浓度计算平衡常数；
（2）①根据氮气浓度计算参加反应的一氧化氮浓度，再根据转化率公式计算NO的转化率，根据v（NO）=$\frac{△c}{△t}$计算；
②若改变反应条件，导致CO浓度减小，可以采用改变温度或容器容积的方法；
（3）①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
将方程式①-②+2③得到；
（4）①NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
②结合平衡常数K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$计算．

解答 解：（1）可逆反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H＞0．设加入的二氧化氮的物质的量为a，则二氧化硫的为2a，
                    NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的量 1a             2a              0             0
转化物质的量 x              x                 x             x
平衡物质的量 a-x          2a-x            x              x
则（a-x）：（2a-x）=1：6，
x=$\frac{4a}{5}$，
则平衡时，C（ NO₂）=$\frac{a-x}{V}$mol/L=$\frac{a}{5V}$，
C（SO₂）=$\frac{2a-x}{V}$=$\frac{6a}{5V}$
C（SO₃）=C（NO）=$\frac{4a}{5V}$，
平衡常数K=$\frac{\frac{4a}{5V}×\frac{4a}{5V}}{\frac{a}{5V}×\frac{6a}{5V}}$=$\frac{8}{3}$，
故答案为：$\frac{8}{3}$；
（2）①0～15min△C（N₂）=0.2mol/L，同一可逆反应中，各物质浓度变化之比等于其计量数之比，所以△C（NO）=2△C（N₂）=0.4mol/L，NO的转化率=$\frac{\frac{0.4mol/L}{2.0mol}}{2L}$×100%=40%，
故答案为：40%；
②a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，但平衡时CO浓度大于第一次平衡浓度，故错误；
b．增加CO的量，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率减小，所以CO的浓度增大，故错误；
c．降低温度，平衡向正反应方向移动，则CO的浓度减小，故正确；
d．扩大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，但平衡时CO浓度小于第一次平衡浓度，故正确；
故选c d，
故答案为：c d；
（3）①2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
将方程式①-②+2③得4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1，
故答案为：4CO（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a+b-2c ）kJ•mol^-1；
（4）①已知NH₃•H₂O的K_b=2.0×10^-5，0.10mol/L的 NH₃•H₂O溶液中电离平衡常数K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，
c（OH^-）=$\sqrt{Kb×0.10mol/L}$=$\sqrt{2×1{0}^{-6}}$mol/L=1.4×10^-3mol/L，
故答案为：1.4×10^-3；
②若向其中加入固体NH₄Cl，使c（NH₄⁺）的浓度达到0.20mol/L，K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，
c（OH^-）=$\frac{K×c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{2×1{0}^{-5}×0.1}{0.2}$mol/L=10^-5mol/L，
故答案为：10^-5．

点评 本题考查了化学平衡的有关计算以及盖斯定律的应用，根据反应速率、转化率公式计算NO的反应速率、转化率，利用平衡移动原理分析平衡移动、化学平衡常数的计算，明确化学反应达到平衡状态的浓度计算是解题关键，题目难度中等．