Question

12．氮和硫的氧化物有多种，其中SO₂和NOx都是大气污染物，对它们的研究有助于空气的净化．
（1）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）K₁△H₁＜0（Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）   K₂△H₂＜0  （Ⅱ）
则4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡．测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的转化率α₁=75%．其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题．NO₂尾气常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和NaNO₂．已知NO₂^-的水解常数K_h=2×10^-11 mol•L^-1，常温下某NaNO₂和HNO₂混合
溶液的pH为5，则混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值为50．
（4）利用如图所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂．阳极的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃时，将amolNH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中的水的电离平衡将逆向（填”正向”“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为
$\frac{a}{200b}$mol•L^-1．（NH_3•H₂O的电离平衡常数取K_b=2X10^-5mol•L^-1）

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数为①的平衡常数平方与②的商；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式计算参加反应NO物质的量，进而计算NO的转化率；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（3）NO₂^-的水解常数K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，据此计算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（4）阳极发生氧化反应，阳极上是二氧化硫被氧化为硫酸根；
（5）依据铵根离子水解分析回答；依据同粒子效应，一水合氨对铵根离子水解起到抑制作用；依据一水合氨的电离平衡常数计算得到氨水浓度．

解答 解：（1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式可知参加反应NO物质的量为0.15mol，则NO的转化率为$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动，NO转化率增大，故转化率α₂＞α₁，
故答案为：75%；＞；
（3）常温下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH为5，则溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，NO₂^-的水解常数K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=2×10^-11mol•L^-1，则混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值为$\frac{c（O{H}^{-}）}{2×1{0}^{-11}}$=50，
故答案为：50；
（4）阳极发生氧化反应，阳极上是二氧化硫被氧化为硫酸根，阳极电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，是因为铵根离子水解；反应的离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；加入氨水溶液抑制铵根离子水解，平衡逆向进行；将a mol NH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃•H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5 mol•L^-1，设混合后溶液体积为1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常数K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{amol/L×1{0}^{-7}mol/L}{bL×c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）mol/L}$=2×10^-5 mol•L^-1，计算得到c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{200b}$mol/L，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；逆向；$\frac{a}{200b}$．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数、水解常数、电解原理应用、溶度积应用等，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力，难度中等．