Question

2．氮的氧化物处理和利用是环境科学研究的热点．
Ⅰ．碱吸法．用烧碱溶液吸收NO、NO₂制备亚硝酸盐：
2NaOH+NO₂+NO═2NaNO₂+H₂O，
2NO₂+2NaOH═NaNO₂+H₂O．
已知：298K时，K_a（HNO₂）=5×10^-4
（1）298K时，NaNO₂的水解常数约为2.0×10^-11．
Ⅱ．电解法．工业上以石墨为电极，用硝酸铵稀溶液作电解质溶液电解NO获得氮肥（在电解后溶液中通入适量氨气），其原理为8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$5NH₄NO₃
（2）阴极的电极反应式为NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O
（3）阳极区电解质溶液的pH减小  （填“增大”“减小”或“不变”）．
Ⅲ．化合法．亚硝酸酰氯（NOCl）是有机合成中的重要试剂，可用NO和Cl₂反应得到，化学方程式为2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g）．
（4）氮氧化物与悬浮大气中的海盐粒子相互作用会生成NOCl，涉及的相关反应有：

	热化学方程式	平衡常数
①	2NO2（g）+NaCl（s）?NaNO3（s）+NOCl（g）△H1	K1
②	4NO2（g）+2NaCl（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）△H2	K2
③	2NO（g）+Cl2（g）?2NOCl（g）△H3	K3

△H₁、△H₂、△H₃之间的关系为△H₃=2△H₁-△H₂；K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用含K₁、K₂的关系式表示）．
（5）在2L恒容容器中充入4molNO（g）和2molCl₂（g），在不同温度下测得c（NOCl）与时间（t）的关系如图1所示．

①T₂时反应0～10min内NOCl的平均反应速率v（NOCl）=0.05mol•L^-1•min^-1
②T₂时反应的平衡常数K为$\frac{1}{6.75}$L/mol；NO的平衡转化率α（NO）为25%．
③T₂时向上述平衡体系中再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），则平衡向左  （填“向左”“向右”或“不”）移动．
（6）在密闭容器中充入NO（g）和Cl₂（g），改变外界条件，Cl₂的转化率变化如图2所示．则该条件可能为B （填字母）．
A．升高温度    B．增大压强   C．增大起始投料比$\frac{c（C{l}_{2}）}{c（NO）}$         D．增大催化剂接触面．

Answer 1

分析 I．（1）298K时，NaNO₂水解，水解方程式为：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，根据HNO₂的电离平衡常数计算NO₂^-的水解常数；
II．（2）工业上以石墨为电极，用硝酸铵稀溶液作电解质溶液电解NO获得氮肥，电解原理为原理为8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$5NH₄NO₃，电解池阴极的反应为物质得到电子，发生还原反应，分析总反应方程式中N元素的化合价变化，NO中N为+2价，NH₃中N为-3价，NH₄⁺中N为-3价，NO₃^-中N为+5价，则反应过程中NO得到电子，N元素化合价降低，生成NH₄⁺，根据元素守恒和电子得失守恒写出阴极的电极反应方程式；
（3）总反应方程式减去阴极反应式就是阳极反应式，阳极应为H₂O失去电子，生成O₂，产生H⁺，据此分析溶液的pH值变化；
（4）根据盖斯定律求解焓变的关系，对于平衡常数，方程式相加，方程式对应的平衡常数相乘，方程式相减，方程式对应的平衡常数相除，方程式乘以系数，方程式对应的平衡常数的指数就是系数，据此计算；
（5）①T₂时，根据图象，0～10min内NOCl的物质的量浓度增量为△c=0.5mol/L，反应经历的时间为△t=10min，根据化学反应的平均速率计算公式v（NOCl）=$\frac{△c}{△t}$计算；
②反应为2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反应平衡时c（NOCl）=0.5mol/L，根据方程式计算体系中各组分的浓度，反应的平衡常数为K=$\frac{{c}^{2}（NOCl）}{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}$，代入计算，注意单位，起始充入4molNO，根据平衡时的NO的量计算转化的NO的量，据此计算NO的平衡转化率α（NO）；
③温度不变，则平衡常数不变，根据已知数据，计算T₂时的平衡常数，平衡时再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），计算此时的反应商J，根据反应商J与K的关系，判断化学反应的方向；
（6）在密闭容器中充入NO（g）和Cl₂（g），反应为2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反应为气体分子数减少的反应，根据图象分析反应的焓变情况，考虑温度变化、压强变化、浓度变化等因素对化学平衡的移动的影响，据此分析判断．

解答 解：（1）298K时，NaNO₂水解，水解方程式为：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，HNO₂的电离平衡常数为K_a=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{O}_{2}^{-}）}{c（HN{O}_{2}）}$，则NO₂^-的水解常数为K_h=$\frac{c（HN{O}_{2}）c（O{H}^{-}）}{c（N{O}_{2}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$=2.0×10^-11，
故答案为：2.0×10^-11；
（2）工业上以石墨为电极，用硝酸铵稀溶液作电解质溶液电解NO获得氮肥，电解原理为原理为8NO+7H₂O+2NH₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$5NH₄NO₃，电解池阴极的反应为物质得到电子，发生还原反应，分析总反应方程式中N元素的化合价变化，NO中N为+2价，NH₃中N为-3价，NH₄⁺中N为-3价，NO₃^-中N为+5价，则反应过程中NO得到电子，N元素化合价降低，生成NH₄⁺，则阴极的电极反应式为NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O，
故答案为：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；
（3）总反应方程式减去阴极反应式就是阳极反应式，则阳极反应式为：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺阳极为H₂O失去电子，生成O₂，产生H⁺，则阳极区酸性增强，pH值降低，
故答案为：减小；
（4）已知三个热化学反方程式，则③=①×2-②得到，根据盖斯定律，△H₃=2△H₁-△H₂，根据多重平衡规则，对于平衡常数的计算，方程式对应的平衡常数相乘，方程式相减，方程式对应的平衡常数相除，方程式乘以系数，方程式对应的平衡常数的指数就是系数，则K₃=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：△H₃=2△H₁-△H₂；$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；
（5））①T₂时，根据图象，0～10min内NOCl的物质的量浓度增量为△c=0.5mol/L，反应经历的时间为△t=10min，根据化学反应的平均速率计算公式v（NOCl）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{10min}$=0.05mol/（L•min），
故答案为：0.05；
②反应为2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反应平衡时c（NOCl）=0.5mol/L，根据反应方程式，则平衡时，体系各组分浓度分别为c（NO）=$\frac{4mol}{2L}$-0.5mol/L=1.5mol/L，c（Cl₂）=$\frac{2mol}{2L}$-0.25mol/L=0.75mol/L，c（NOCl）=0.5mol/L，反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（NOCl）}{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（0.5mol/L）^{2}}{0.75mol/L×（1.5mol/L）^{2}}$=$\frac{1}{6.75}$L/mol，
起始充入4molNO，浓度为2mol/L，平衡时，c（NO）=1.5mol/L，则反应转化了NO的物质的量浓度为△c（NO）=2mol/L-1.5mol/L=0.5mol/L，则NO的平衡转化率为α（NO）=$\frac{△c（NO）}{2mol/L}×100%$=25%，
故答案为：$\frac{1}{6.75}$L/mol；25%；
③温度不变，则平衡常数不变，根据已知数据，T₂时的反应的平衡常数为K=$\frac{1}{6.75}$L/mol，平衡时再加入1molNO（g）、1molCl₂（g）、2molNOCl（g），此时体系中的各组分浓度为c（NO）=1.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=2mol/L，c（Cl₂）=1.75mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=2.25mol/L，c（NOCl）=0.5mol/L+$\frac{2mol}{2L}$=1.5mol/L，则反应商J=$\frac{（1.5mol/L）^{2}}{2.25mol/L×（2mol/L）^{2}}$=$\frac{1}{4}$L/mol＞K，则反应向左进行，
故答案为：向左；
（6）在密闭容器中充入NO（g）和Cl₂（g），反应为2NO（g）+Cl₂（g）?2NOCl（g），反应为气体分子数减少的反应，根据图象，T₂温度下比T₁温度下反应更快达到平衡，温度升高，有利于反应更快达到平衡，则T₂＞T₁，T₂时刻的NOCl的量比T₁时候的少，因此温度升高，反应平衡向左移动，可见正反应是放热反应，焓变△H＜0，综上，升高温度，平衡左移，增大压强，平衡右移，
A．升高温度，平衡向左移动，Cl₂的转化率降低，故A不选；
B．增大压强，平衡向右移动，Cl₂的转化率升高，故B选；
C．若增大NO的量，可使Cl₂的转化率升高，若增大Cl₂的量，反而会使Cl₂的转化率降低，因此增大起始投料比，不一定增大Cl₂的转化率，故C不选；
D．催化剂只能改变反应速率，不改变化学的平衡状态，Cl₂的转化率不变，故D不选，
故选B．

点评 本题主要考察化学原理知识，包含盐类水解，弱电解质的电离平衡，电化学知识，盖斯定律的应用，化学平衡的移动，化学反应速率的计算，转化率问题，涉及的知识点较多，题目难度中等．