Question

12．燃料的使用和防污染是社会发展中一个无法回避的矛盾话题．
（1）我国北方冬季烧煤供暖所产生的废气是雾霾的主要来源之一．经研究发现将煤炭在O₂/CO₂的气氛下燃烧，能够降低燃煤时NO的排放，主要反应为：
2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H
若①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②CO（g）═C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=+110.5kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
则△H=-746.5kJ•mol^-1．
（2）甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张．一定条件下，在容积为VL的密闭容器中充入a molCO与2a mol H₂合成甲醇，CO平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示．
①P₁＜ P₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高
②该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）．
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是c．（填写相应字母）
a、使用高效催化剂  b、降低反应温度 c、增大体系压强
d、不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来
e、增加等物质的量的CO和H₂
（3）机动车的尾气也是雾霾形成的原因之一．
①近几年有人提出在催化剂条件下，利用汽油中挥发出来的C₃H₆催化还原尾气中的NO气体生成三种无污染的物质．请写出该过程的化学方程式：2C₃H₆+18NO=6CO₂+6H₂O+9N₂．
②电化学气敏传感器法是测定汽车尾气常用的方法之一．其中CO传感器的工作原理如图2所示，则工作电极的反应式为CO-2e^-+H₂O=CO₂+2H⁺．
（4）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性．相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c（SO₃^2-）较小的是NH₄HSO₃，用文字和化学用语解释原因HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，电离平衡逆向移动，c（SO₃^2-）浓度减小．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②CO（g）═C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=+110.5kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律②+③×2-①可得2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），据此计算；
（2）①由图象可知，相同温度下，P₂压强下CO转化率大于P₁压强下的转化率，正反应是气体体积减小的反应，压强增大平衡正向进行，CO转化率增大；
②A点CO的转化率为0.75，则转化的CO为0.75a mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a      2a         0
变化量（mol）：0.75a  1.5a       0.75a
平衡量（mol）：0.25a  0.5a       0.75a
再根据平衡常数K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比列式；
③根据影响化学平衡的因素分析；
（3）①C₃H₆催化还原尾气中的NO气体，发生氧化还原反应生成无毒气体二氧化碳和氮气；
②由图可知，工作电极上是CO氧化生成二氧化碳，需要有水参加反应，由守恒守恒可知有氢离子生成；
（4）根据铵根水解成酸性，抑制亚硫酸氢根的电离比较同浓度的两种酸式盐的水溶液中c（SO₃^2-）的浓度．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②CO（g）═C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H₂=+110.5kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律②+③×2-①可得2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1；
故答案为：-746.5；
（2）①由图象可知，相同温度下，P₂压强下一氧化碳转化率大于P₁压强下的转化率，甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高，所以P₁＜P₂，
故答案为：＜；甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高；
②A点CO的转化率为0.75，则转化的CO为0.75a mol，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a     2a        0
变化量（mol）：0.75a 1.5a     0.75a
平衡量（mol）：0.25a 0.5a     0.75a
在容积为VL的密闭容器中，平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75a÷V}{（0.25a÷V）（0.5a÷V）^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
故答案为：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③a、使用高效催化剂只能增大反应速率，不能改变平衡移动，所以CO的转化率不变，故错误；
 b、降低反应温度会减慢反应速率，故错误；
c、增大体系压强不仅增大反应速率，而且平衡也向正反应方向移动，所以CO的转化率也增大，故正确；
d、不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来，即减小生成物的浓度，则反应速率减小，故错误；
e、增加等物质的量的CO和H₂，即增大反应物的浓度，反应速率增大，但增加了CO则CO的转化率也减小，故错误；
故答案为：c；
（3）①C₃H₆催化还原尾气中的NO气体，发生氧化还原反应生成无毒气体二氧化碳和氮气，所以反应方程式为：2C₃H₆+18NO=6CO₂+9N₂+6H₂O，故答案为：2C₃H₆+18NO=6CO₂+9N₂+6H₂O；
②由图可知，工作电极上是CO氧化生成二氧化碳，需要有水参加反应，由守恒守恒可知有氢离子生成，电极反应式为：CO-2e^-+H₂O=CO₂+2H⁺；
故答案为：CO-2e^-+H₂O=CO₂+2H⁺；
（4）因为HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，生成亚硫酸根离子，又铵根水解成酸性，抑制亚硫酸氢根的电离，所以NH₄HSO₃中c（SO₃^2-）浓度减小；
故答案为：NH₄HSO₃；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，电离平衡逆向移动，c（SO₃^2-）浓度减小．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，平衡移动原理分析应用，原电池电极反应和电解池原理的理解应用，题目难度中等．