Question

16．研究发现，NO_x和SO₂是雾霾的主要成分．
（一）NO_x主要来源于汽车尾气．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1
（1）为了减轻大气污染，人们提出在汽车尾气排气管口采用催化剂将NO和CO转化成无污染气体参与大气循环．写出该反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1．
（2）T℃时，将等物质的量的NO和CO充人容积为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1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CO、N₂各0.8mol，平衡将向右移动．（填“向左”、“向右”或“不”）
②图1中a、b分别表示在一定温度下，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，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．燃煤烟气的脱硫减排是减少大气中含硫化合物污染的关健．
（3）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↑．
（4）如图2所示的电解装罝可将雾霾中的NO、SO₂分别转化为NH₄⁺和SO₄^2-．
①写出物质A的化学式H₂SO₄，阳极的电极反应式是SO₂+2H₂O-2 e^-═SO₄^2-+4H⁺．
②该电解反应的化学方程式为5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1①
2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1②
根据盖斯定律：②-①得到：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）据此计算；
（2）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；
（3）碳酸钠溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳；
（4）电解装罝可将雾霾中的NO、SO₂分别转化为NH₄⁺和SO₄^2-，则电解方程式为5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，根据电解方程式结合电解原理分析．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1①
2CO（g）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1②
根据盖斯定律：②-①得到：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1；
故答案为：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1；
（2）①起始时，NO为0.4mol，平衡时NO为0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂
起始物质的量：0.4mol  0.4mol         0        0
转化的物质量：0.2mol  0.2mol         0.2mol   0.1mol
平衡物质的量：0.2mol  0.2mol         0.2mol    0.1mol
则平衡时的浓度：c（NO）=0.1mol/L，c（CO）=0.1mol/L，c（CO₂）=0.1mol/L，c（N₂）=0.05mol/L，
k=$\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}}$=1.8＜k，则平衡将向右移动；
故答案为：5（mol/L）^-1；向右；
②催化剂表面积较大，反应速率快，达到平衡所用时间短，由图可知，b曲线代表的条件下反应速率快，所以b的催化剂的表面积大；
故答案为：b；
③由图象可知，NO的浓度减小，平衡向正方向移动，所以改变的条件为增加CO的物质的量浓度或增大压强；
故答案为：增加CO的物质的量浓度或增大压强；
（3）碳酸钠溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，其反应的离子方程式为：H₂O+2SO₂+CO₃^2-═2HSO₃^-+CO₂↑；
故答案为：H₂O+2SO₂+CO₃^2-═2HSO₃^-+CO₂↑；
（4）电解装罝可将雾霾中的NO、SO₂分别转化为NH₄⁺和SO₄^2-，则电解方程式为5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，
①由电解方程式可知，物质A为硫酸，其的化学式H₂SO₄； 电解时，阳极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子，则阳极的电极反应式是SO₂+2H₂O-2 e^-═SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：H₂SO₄；SO₂+2H₂O-2 e^-═SO₄^2-+4H⁺；
②电解时NO、SO₂分别转化为NH₄⁺和SO₄^2-，结合原子守恒可知电解方程式为：5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，
故答案为：5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、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．