Question

7．保护生态环境、治理环境污染是当前全世界最热门的课题．
（1）利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO（g）+I₂O₅ （s）?5CO₂（g）+I₂（s）；不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，测得CO₂的物质的量分数φ（CO₂）随时间变化曲线如图1．

①T₂温度下，0.5min内CO₂的平均速率为0.8mol/（L•min），T₁时化学平衡常效K=1024．
②d点时，向容器中再充人3molCO，再次平衡后，CO₂的百分含量不变（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）用活性炭还原法可以处理氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应c （s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂（g）△H，在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如表：

时间（Min） 浓度（mol•L-1）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是B（填字母代号）．
A．加入一定量的活性炭         B．适当缩小容器的体积       C．降低温度
②若50min后降低温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为1：l：l，则达到新平衡时NO的转化率升高（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）
（3）工业上处理含氮废水采用如图2电解法将NO₃^-转化为N₂，25℃时，除去2L废水中的124mg NO₃^-后，废水的pH=11．（溶液体积变化忽略不计）

Answer 1

分析 （1）①不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，发生反应：5CO（g）+I₂O₅ （s）?5CO₂（g）+I₂（s），T₂温度下，0.5min内CO₂的物质的量分数变为0.40，根据化学反应平均速率公式$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$计算，T₁时，根据图象，代入气体组分的平衡会浓度计算化学反应平衡常数；
②反应5CO（g）+I₂O₅ （s）?5CO₂（g）+I₂（s）是气体数守恒的反应，压强变化不对化学平衡产生影响，d点时，向容器中再充人3molCO，相当于对反应加压，构成等效平衡；
（2）①发生反应C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂（g），反应在30min时已经达到平衡，改变条件，NO，N₂，CO₂再次达到平衡时的浓度均增加，反应是一个气体数守恒的反应，据此判断分析；
②若50min后降低温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为1：l：l，升高温度前，平衡时NO、N₂、CO₂的浓度之比为4：3：3，表明降低温度，平衡向正反应方向移动，据此判断；
（3）工业上处理含氮废水采用如图2电解法将NO₃^-转化为N₂，根据电极反应式和电子得失守恒，据此计算．

解答 解：（1）①不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，发生反应：5CO（g）+I₂O₅ （s）?5CO₂（g）+I₂（s），T₂温度下，0.5min内CO₂的物质的量分数变为0.40，根据物料守恒，n（CO）+n（CO₂）=2mol，物质的量分数$φ（C{O}_{2}）=\frac{n（C{O}_{2}）}{n（CO）+n（C{O}_{2}）}$，则平衡时，n（CO₂）=2mol×0.40=0.8mol，反应经历的时间为△t=0.5min，CO₂的物质的量改变量为△n=0.8mol，则0.5min内CO₂的平均速率为$\overline{r}（C{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$=$\frac{0.8mol}{2L×0.5min}$=0.8mol/（L•min），
T₁时，达到平衡时，φ（CO₂）=0.80，则此时n（CO₂）=2mol×0.80=1.6mol，根据反应关系，平衡时，c（CO₂）=$\frac{1.6mol}{2L}=0.8mol/L$，c（CO）=$\frac{2mol-1.6mol}{2L}$=0.2mol/L，该温度下的化学平衡常数为K=$\frac{{c}^{5}（C{O}_{2}）}{{c}^{5}（CO）}$=$\frac{（0.8mol/L）^{5}}{（0.2mol/L）^{5}}$=1024，
故答案为：0.8mol/（L•min）；1024；
②反应5CO（g）+I₂O₅ （s）?5CO₂（g）+I₂（s）是气体数守恒的反应，压强变化不对化学平衡产生影响，d点时，向容器中再充人3molCO，相当于对反应加压，构成等效平衡，平衡状态不发生改变，则CO₂的百分含量不变，
故答案为：不变；
（2）①发生反应C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂（g），反应在30min时已经达到平衡，改变条件，NO，N₂，CO₂再次达到平衡时的浓度均增加，反应是一个气体数守恒的反应，改变条件前，NO、N₂、CO₂的浓度比为4：3：3，改变条件后再次达到平衡时，NO、N₂、CO₂的浓度比仍为4：3：3，可知改变条件，并未改变化学平衡，则只有B项符合，
故答案为：B；
②若50min后降低温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为1：l：l，升高温度前，平衡时NO、N₂、CO₂的浓度之比为4：3：3，表明降低温度，平衡向正反应方向移动，则达到新平衡时NO的转化率升高，正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：升高；＜；
（3）工业上处理含氮废水采用如图2电解法将NO₃^-转化为N₂，反应过程中，H⁺通过质子交换膜参与反应，则该电极的电极反应式为：2NO₃^-+10e^-+12H⁺═N₂↑+6H₂O，25℃时，除去2L废水中的124mg NO₃^-，即除去NO₃^-的物质的量为n（NO₃^-）=$\frac{124×1{0}^{-3}g}{62g/mol}$=0.002mol，转移电子数为n（e^-）=0.002mol×5=0.01mol，阳极的电极反应为：2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，根据电子得失守恒，阳极也应转移0.01mole^-，则阳极产生n（H⁺）=0.01mol，阴极反应消耗H⁺的物质的量为0.002mol×6=0.012mol，可见需要H₂O多电离出H⁺用于反应，则溶液中多出c（OH-）=$\frac{0.012mol-0.01mol}{2L}$=0.001mol/L，此时溶液的pH=14-pOH=14+lg0.001=11，
故答案为：11．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含化学速率的计算，化学平衡的移动，等效平衡的原理，电化学原理，根据电子得失守恒计算，题目难度中等，（3）是易错点，注意H⁺的量不够，破坏水的电离平衡消耗H⁺，剩余OH^-使溶液显碱性．