Question

13．今年，雾霾阴影笼罩全国．二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要组成成分，综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容．
（1）汽车尾气中的 NO（g）和CO（g）在一定温度和催化剂的条件下可净化．发生的反应如下：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂ （g）+N₂（g）
①已知：N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol．部分化学键的键能如下（键能指气态原子形成1mol化学键释放的最小能量）

化学键	O═O	C≡O	C═O
键能（kJ/mol）	497	1072	803

则反应：2NO（g）+2CO（g）═2CO₂ （g）+N₂ （g）△H=-751.0 kJ/mol
②若上述反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，并在t₁时刻达到平衡状态，则下列示意图1不符合题意的是C（填选项序号）．（图中ω、M、v_正 分别表示质量分数、混合气体平均相对分子质量、正反应速率）

（2）尾气中的SO₂可先催化氧化生成SO₃，再合成硫酸．已知：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.0kJ/mol．
①在一定温度的密闭容器中，SO₂的转化率随时间的变化关系如图2所示：
则A点的v_逆（SO₂ ）小于（填大于、小于或等于）B点的 v_正（SO₂）．
②在某温度时，向10L的密闭容器中加入4.0molSO₂和10.0molO₂，反应达到平衡，改变下列条件，再次达到平衡时，能使O₂的新平衡浓度和原来平衡浓度相同的是BC（填选项序号）．
A．在其他条件不变时，减小容器的容积
B．保持温度和容器内压强不变，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂
C．保持温度和容器体积不变，再充入SO₂和SO₃，使之浓度扩大为原来的两倍
（3）利用电化学原理，将NO₂、O₂和熔融KNO₃ 制成燃料电池，其原理如图3所示．
该电池在工作过程中NO₂转变成绿色硝化剂Y，Y是一种氧化物，可循环使用．石墨Ⅱ是电池的正极，石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．相同条件下，消耗的O₂和NO₂的体积比为1：4．
（4）尾气中氮氧化物（NO和NO₂）也可用尿素[CO（NH₂）₂]溶液除去，反应生成对大气无污染的气体．1mol 尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设 NO、NO₂体积比为 1：1）的质量为76g．

Answer 1

分析 （1）①N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol，△H=N≡N+497KJ-2N≡O=+180.0kJ/mol，2N≡O-N≡N=317KJ，先写出化学方程式2NO+2CO═N₂+2CO₂，然后根据焓变=反应物的总键能-生成物的总键能计算焓变，再根据化学方程式计算2molNO完全燃烧时放出的热量，标注物质聚集状态写出热化学方程式；
②A．到达平衡后各组分的含量不发生变化；
B．到达平衡后，反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，结合$\overline{M}$=$\frac{总质量}{总物质的量}$分析；
C．到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
（2）①图象分析可知A点到B点二氧化硫转化率增大，说明A点未达到平衡状态，此时反应正向进行，但随反应物浓度减小，正反应速率减小；
②再次达到平衡时，能使O₂的新平面浓度和原来平衡浓度相同，平衡不变，依据改变条件和影响平衡的因素分析判断选项；
（3）该燃料电池中，负极上通入NO₂，正极上通入O₂，根据电解质知，负极电极反应式为NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正极电极反应式为O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，据此分析解答；
（4）根据题目信息写出方程式，建立关系式，然后依据关系式进行计算．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂ （g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol，△H=N≡N+497KJ-2N≡O=+180.0kJ/mol，2N≡O-N≡N=317KJ，反应为2NO+2CO═N₂+2CO₂，△H=反应物的总键能-生成物的总键能=2×N≡O kJ•mol^-1+2×1072 kJ•mol^-1-N≡NkJ•mol^-1-4×803 kJ•mol^-1=-751.0kJ•mol^-1，反应的热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-751.0kJ•mol^-1，
故答案为：751.0；
②A．NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故A正确，
B．该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，平衡逆向进行，反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，平均摩尔质量不变说明达到平衡状态，故B正确，
C、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故C错误；
故答案为：C．
（2）①一定温度的密闭容器中，分析SO₂的转化率时间的变化可知A点到B点二氧化硫转化率增大，说明A点未达到平衡状态，此时反应正向进行，随反应进行浓度减小，反应速率减小，A点的正反应速率v_正（SO₂）＜B点的正反应速率v_正（SO₂），
故答案为：小于；
②在某温度时，向10L的密闭容器中加入4.0mol SO₂和10.0mol O₂，反应达到平衡，改变下列条件，再次达到平衡时，能使O₂的新平面浓度和原来平衡浓度相同，分析选项可知
A．在其他条件不变时，减少容器的容积，压强增大，平衡正向进行，体积减小氧气浓度增大，故A错误；
B．保持温度和容器内压强不变，再充入2.0mol SO₂和5.0mol O₂，为保持压强不变，体积增大，最后达到相同平衡状态，氧气浓度不变，故B正确；
C．保持温度和容器体积不变，温度不变平衡常数不变，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，再充入SO₂和SO₃，使之浓度扩大为原来的两倍，平衡常数不变，氧气浓度不变，故C正确；
故答案为：BC．
（3）该燃料电池中，负极上通入NO₂，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，正极上通入O₂，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，所以NO₃^-向负极移动，即NO₃^-向石墨Ⅰ；
依据O₂+2N₂O₅+4e^-═4NO₃^-，可知1mol氧气得到4mol电子，依据NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅，1mol二氧化氮失去1mol电子，要使得失电子守恒：则消耗的O₂和 NO₂的体积比为1：4；
故答案为：正；NO₂-e^-+NO₃^-═N₂O₅；1：4；
（4）由题目信息可知，NO、NO₂二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亚硝酸再与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
（30+46）g                  1mol
1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为76g，
故答案为：76．

点评 本题考查了反应热、反应速率的计算、影响平衡移动的因素，电极反应式的书写，题目综合性强，明确化学平衡移动原理及影响因素、原电池工作原理是解题关键，题目难度中等．