Question

1．研究含Cl、N、S等元素的化合物对净化水质、防治污染有重要意义．
（1）二氧化氯（ClO₂）是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，被称为“第4代消毒剂”．工业上可采用氯酸钠（NaClO₃）或亚氯酸钠（NaClO₂）为原料制备ClO₂．亚氯酸钠也是一种性能优良的漂白剂，但在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，离子方程式为5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-．向亚氯酸钠溶液中加入盐酸，反应剧烈．若将盐酸改为相同pH的硫酸，开始时反应缓慢，稍后一段时间产生气体速率迅速加快．产生气体速率迅速加快的原因是：反应生成的氯离子对该反应起催化作用．
（2）电解法是目前研究最为热门的生产ClO₂的方法之一．如图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO₂的实验．
①电源负极为A极（填A或B）：
②写出阴极室发生反应依次为：ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
（3）已知：
2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
将体积比为1：2的NO₂、SO₂气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是b．
a．体系压强保持不变
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变
d．每消耗1molSO₂的同时生成1molNO
测得上述反应平衡时的NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\frac{8}{3}$．

Answer 1

分析 （1）反应物为亚氯酸钠，所在环境为酸性环境，生成物为ClO₂气体，且知此反应为歧化反应，据此书写离子反应方程式即可；改加pH相同的硫酸，氢离子浓度不变，应考虑氯离子的影响；
（2）①与电源负极相连的一极为阳极，溶液中的阳离子在此电极得到电子，发生还原反应；
②阴极室中电极A上发生反应ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-与溶液中的ClO₃^-结合生成ClO₂；
（3）2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1 （i），2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1（ii），[（i）-（ii）]÷2得目标方程式，利用三段法计算平衡常数，据此解答即可．

解答 解：（1）亚氯酸钠在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，故化合价由+3价升高到+4价，故部分氯离子降低为-1价，离子反应方程式为：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-，反应开始时，溶液中氯离子浓度很小，随着反应的进行，溶液中氯离子浓度增大，反应速率加快，可见氯离子起催化作用，故答案为：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-；反应生成的氯离子对该反应起催化作用；
（2）①由图可知，ClO₂在电极A上得到1个电子，生成ClO₂^-，故A应为电源的负极，故答案为：A；
②阴极室中电极A上发生反应ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-与溶液中的ClO₃^-结合生成ClO₂，离子反应方程式为：ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，
故答案为：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
（3）2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1 （i），2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1（ii），[（i）-（ii）]÷2得：NO₂（g）+SO₂ （g）?SO₃ （g）+NO（g），故△H=$\frac{-196.6-（-113.0）}{2}$=-41.8，
a．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故b正确；
c．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故c错误；
d．物质的量之比等于化学计量数之比，则每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂，不能判断是否达到平衡状态，故d错误．
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 a       2a          0        0
转化物质的体积 x        x           x        x
平衡物质的体积 a-x      2a-x         x        x
平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）×c（NO）}{c（N{O}_{2}）×c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{16}{25}{a}^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，故答案为：-41.8；b；$\frac{8}{3}$．

点评 本题以NO₂、SO₂、CO等物质为载体，综合考查化学平衡移动、盖斯定律以及平衡常数的计算等问题，侧重于学生综合运用化学知识的能力的考查，题目难度中等．