Question

19．碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关．
（1）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni （s）+4CO（g）$?_{180～200℃}^{50～80℃}$Ni（CO）₄（g），△H＜0．利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍．下列说法正确的是C（填字母编号）．
A．增加Ni的量可提高CO的转化率，Ni的转化率降低
B．缩小容器容积，平衡右移，△H减小
C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，CO的体积分数降低
D．当4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）时或容器中混合气体密度不变时，都可说明反应已达化学平衡状态
（2）CO与镍反应会造成含镍催化剂的中毒．为防止镍催化剂中毒，工业上常用SO₂将CO氧化，二氧化硫转化为单质硫．
已知：CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1
则SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H=（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1．
（3）对于反应：2NO（g）+O₂?2NO₂（g），向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（p₁、p₂）下随温度变化的曲线（如图1）．
①比较p₁、p₂的大小关系：p₂＞p₁．
②700℃时，在压强为p₂时，假设容器为1L，则在该条件平衡常数的数值为$\frac{1}{144}$L/mol（最简分数形式）．
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如图2所示．该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．若该燃料电池使用一段时间后，共收集到20mol Y，则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为224L．

Answer 1

分析 （1）A．增加Ni的量不影响平衡移动；
B．缩小容器容积，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，但焓变不变；
C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，相当于增大压强；
D．同一物质的正逆反应速率相等或反应体系中改变的物理量不变时，可逆反应达到平衡状态；
（2）CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1①
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1②
将方程式2①-②得SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H进行相应的改变；
（3）①相同温度下，增大压强平衡正向移动，NO转化率增大；
②该反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
开始（mol/L）10         10    0
反应（mol/L）10×0.2=2 1    2
平横（mol/L）8           9     2
化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．c（{O}_{2}）}$；
（4）据题意，根据通入气体判断两极，电极反应式和电池反应式，根据电池总反应4NO₂+O₂=2N₂O₅，求出消耗O₂的量．

解答 解：（1）A．Ni是固体，增加Ni的量不影响平衡移动，所以CO的转化率不变，故A错误；
B．缩小容器容积，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，焓只与化学计量数有关，方程式不变，则焓变不变，故B错误；
C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，相当于增大压强，平衡正向移动，CO转化率增大，故C正确；
D．当4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）时，反应速率方向一致，不能判断平衡状态，但反应前后气体总质量改变、容器体积不变，所以反应前后容器中混合气体密度改变，当容器中混合气体密度不变时，该反应达到平衡状态，故D错误；
故选C；
（2）CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1①
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1②
将方程式2①-②得SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H=（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1，
故答案为：（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1；
（3）①相同温度下，增大压强平衡正向移动，NO转化率增大，相同温度下P₁到P₂，NO转化率增大，平衡正向移动，则p₂＞p₁，故答案为：p₂＞p₁；
②该反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
开始（mol/L）10         10    0
反应（mol/L）10×0.2=2 1    2
平横（mol/L）8           9     2
化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{{2}^{2}}{{8}^{2}×9}$L/mol=$\frac{1}{144}$L/mol，
故答案为：$\frac{1}{144}$L/mol；
（4）据题意，通O₂一极为正极，电极反应式为O₂+2N₂O₅+4e^-=4NO₃^-；通NO₂一极为负极，电极反应为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，根据电池总反应4NO₂+O₂=2N₂O₅，收集到20molN₂O₅需消耗O₂为10mol，标准状况下体积为224L．
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；  224．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡计算、原电池原理、化学平衡影响因素、盖斯定律等知识点，为高考常考查点，侧重考查学生分析判断、计算及知识综合运用能力，注意：固体或纯液体不影响平衡移动，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．