Question

17．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=-（2Q₁-Q₂）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$\frac{1}{144}$（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O₂+2N₂O₅+4e^-=4NO₃^-；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．因Ni是固体，改变用量对反应物的转化率无影响；
B．一定温度下给定的化学方程式的△H不会随着平衡移动而改变；
C．根据外界条件和该反应本身的特点进行分析；
D．根据不同物质的速率关系判断可逆反应时，应当一正一逆，速率之比等于系数比；
（2）分析目标反应和已知反应，运用盖斯定律即可求得目标反应的△H；
（3）①相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，则NO的转化率增大；
②700℃时，在压强为P₂时，由图象知NO平衡转化率为20%，则反应消耗NO2mol，氧气为1mol，生成二氧化氮为2mol，根据平衡时浓度的幂次方之积之比计算K；
（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，浓度为常数，改变用量对平衡无影响，反应物的转化率不变，故A错误；
B．一定温度下给定的化学方程式的△H不会随着平衡移动而改变，只与方程式的书写方式有关，故B错误；
C．因外界条件为恒温恒容、Ni是固体且正反应为气体体积缩小的反应，所以反应达到平衡后充入CO，相当于在恒温恒压条件下达平衡后又加压，平衡右移，CO的转化率提高，平衡后其体积分数降低，故C正确；
D．速率关系未说明正、逆，不能判断是否已达平衡；因该反应气体质量增加而容积不变，所以混合气体密度是一个变量，当不变时说明反应达平衡，故D错误；
故答案为：C；
（2）根据已知：①CO （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1
则运用盖斯定律，SO₂（g）+2CO（g）═S（s）+2CO₂（g）可由①×2-②得到，则△H=-（2Q₁-Q₂）kJ•mol^-1，故答案为：-（2Q₁-Q₂）kJ•mol^-1；
（3）①相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，则NO的转化率增大，根据图象知，相同温度下，p₂的转化率大于p₁，所以p₂＞p₁，故答案为：p₂＞p₁；
②700℃时，在压强为P₂时，由图象知NO平衡转化率为20%，则反应消耗NO2mol，氧气为1mol，生成二氧化氮为2mol，平衡时NO为8mol，氧气为9mol，生成二氧化氮为2mol，则K=$\frac{2{\;}^{2}}{8{\;}^{2}×9}$=$\frac{1}{144}$；
故答案为：$\frac{1}{144}$；
（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：O₂+2N₂O₅+4e^-=4NO₃^-；224．

点评 本题以碳和氮的化合物为载体考查化学平衡、热化学方程式及电化学的相关知识，综合性较强．