Question

14．硫、碳、氮等元素及其化合物与人类的生产生活密切相关，其中．硫酸、氨气、硝酸都是重要的化工原料．而SO₂、NO、NO₂、CO等相应氧化物又是主要的环境污染物：
（1）过度排放CO₂会造成“温室效应”，而煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径．煤综合利用的一种途径如图1所示．

已知：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）  AH₁=+131.3kJ•mol^-
C（s）十2H₂0（g）=C0₂（g）+2H₂（g）  AH₂=+90kJ•mol^-
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1．
（2）298K时．将氨气放入体积固定的密闭容器中使其发生分解反应．当反应达到平衡状态后．改变其中一个条件X．Y随X的变化符合图2中曲线的是ab（填字号）：
a．当X表示温度时，Y表示氨气的物质的量
b．当X表示压强时．Y表示氨气的转化率
c．当X表示反应时间时．Y表示混合气体的密度
d．当x表示氨气的物质的量时．Y表示某一生成物的物质的量
（3）燃煤产生的烟气中的氮氧化物NO_x（主要为NO、NO₂）易形成污染．必须经脱除达标后才能排放：
能作脱除剂的物质很多．下列说法正确的是abd（填序号）：
a．用H₂O作脱除剂，不利于吸收含氮烟气中的NO
b．用Na₂SO₃作脱除剂，O₂会降低Na₂SO₃的利用率
c．用CO作脱除剂，会使烟气中NO₂的浓度增加
d．用尿素[CO（NH₂）₂]作脱除剂．在一定条件下能有效将NOx氧化为N₂
（4）在压强为O．1MPa条件下，容积为V L的密闭容器中，amol CO与2amol H₂在催化剂作用下
反应生成甲醇．反应的化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡转比率与温度、
压强的关系如图3所示，则：
①P₁＜P₂（填“＞”“＜”或“=”）．
②在其他条件不变的情况下，向容器中增加a molCO与2amol H₂．达到新平衡时．CO的转化率
增大（填“增大””减小”或“不变”．下同），平衡常数不变．
③在P1下、100℃时，CH₃OH（g）?CO（g）十2H₂（g）的平衡常数为$\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}$（用含a、V的代数式
表示）．
（5）①常温下．若将2mol NH₃（g）和l mol CO₂（g）通入1L水中．可得pH=10的溶液，则该溶液中浓度最大的阴离子是CO₃^2-；
②常温下，将O．01mol•L^- NaOH溶液和0.01mol•L^-（NH₄）₂SO₄溶液等体积混合．所得溶液pH为10，那么该混合液中c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=10^-2+10^-4-10^-10mol•L^-1（填准确代数式．不能估算）．

Answer 1

分析 （1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1 ①
C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ•mol^-1 ②
由盖斯定律②-①得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），以此计算△H；
（2）a．随温度升高，平衡向吸热即正反应方向移动，氨气的物质的量逐渐减小；
b．随压强增大，平衡向气体体积减小即逆反应反应移动，氨气的转化率逐渐减小；
c．随反应进行，密闭体积中混合气体的密度自始至终不变；
d．随氨气的物质的量增加，某一生成物的物质的量逐渐增加；
（3）a．一氧化氮不易溶于，而二氧化氮易溶于水，反应生成NO；
b．亚硫酸钠不稳定，易被氧气氧化；
c．用CO作脱除剂，则氮氧化物得电子发生还原反应；
d．尿素[CO（NH₂）₂]中N元素化合价为-3价，具有还原性，在一定条件下能有效将NO_x转化为氮气；
（4）①相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
②温度容积不变，向该密闭容器再增加a mol CO与 2a mol H₂，等效为开始加入2a mol CO与 4a mol H₂，体积扩大1倍，平衡后增大压强，再压缩恢复到原来体积，增大压强平衡向体积减小的方向移动；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；
③该温度下，平衡时n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，则c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化学平衡常数K=$\frac{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{3}OH）}$计算；
（5）①将2mol NH₃（g）和l mol CO₂（g）通入1L水中，恰好生成碳酸铵，据此分析即可；
②依据电中性原则列出式子，代入数据计算即可．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1 ①
C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ•mol^-1 ②
由盖斯定律②-①得：
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1；
（2）a．当X表示温度时，平衡向吸热即正反应方向移动，氨气的物质的量逐渐减小，故a正确；
b．当X表示压强时，平衡向气体体积减小即逆反应反应移动，氨气的转化率逐渐减小，故b正确；
c．当X表示反应时间时，密闭体积中混合气体的密度自始至终不变，故c错误；
d．当x表示氨气的物质的量时，某一生成物的物质的量逐渐增加，故d错误；
故答案为：ab；
（3）a．一氧化氮不易溶于，而二氧化氮易溶于水，反应生成NO，不利于吸收含氮烟气中的NO，故a正确；
b．亚硫酸钠不稳定，易被氧气氧化，O₂会降低Na₂SO₃的利用率，故b正确；
c．用CO作脱除剂，被氧化，则氮氧化物得电子发生还原反应，不会生成NO₂，烟气中NO₂的浓度不增加，故c错误；
d．尿素[CO（NH₂）₂]中N元素化合价为-3价，具有还原性，在一定条件下能有效将NO_x转化为N₂．故d正确．
故答案为：abd；
（4）①相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁小于p₂，故答案为：＜；
②温度容积不变，向该密闭容器再增加a mol CO与 2a mol H₂，等效为开始加入2a mol CO与 4a mol H₂，体积扩大1倍，平衡后增大压强，再压缩恢复到原来体积，增大压强平衡向体积减小的方向移动．该反应为气体体积减小的反应，故向正反应移动，CO转化率增大．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．
故答案为：增大；不变；
③该温度下，平衡时n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，则c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化学平衡常数K=$\frac{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{3}OH）}$=$\frac{\frac{0.5a}{V}×（\frac{a}{V}）{\;}^{2}}{\frac{0.5a}{V}}$=$\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}$，故答案为：$\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}$；
（5）①将2mol NH₃（g）和l mol CO₂（g）通入1L水中，恰好生成碳酸铵，化学反应方程式为：2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂CO₃，故溶液中存在浓度最大的阴离子是碳酸根，故答案为：CO₃^2-；
②设两种溶液体积均为V，混合后，该溶液中的阳离子是：Na⁺、NH₄⁺和H⁺，阴离子是：OH^-和SO₄^2-，依据电中性原则有：c（Na⁺）+c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），故c（Na⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-）-c（H⁺）=2×$\frac{0.01mol/L×1L}{1L+1L}$+$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-10}}$-10^-10=0.01+10^-4-10^-10=10^-2+10^-4-10^-10，故答案为：10^-2+10^-4-10^-10．

点评 本题主要考查的是反应的焓变判断，热化学方程式的书写，化学平衡的影响因素，氧化还原法除有毒气体，可逆反应转化率随温度和压强变化的曲线，要求学生具备依据图象所给的信息获取分析问题的能力，还涉及平衡常数的计算、溶液中离子浓度大小比较以及电中性原则的应用，有一定难度．