Question

【題目】機(jī)動車尾氣和燃煤產(chǎn)生的煙氣是目前城市空氣污染的重要原因之一。NO和CO均為汽車尾氣的成分，這兩種氣體在催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生如下反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g) H=-akJ·mol-1

(1)CO可用于煉鐵，已知：

①Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)△H=+489.0kJ/mol

②C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H=+172.5kJ/mol

則CO還原Fe2O3的熱化學(xué)方程式為_____________________

(2)在一定溫度下，將1.2 mol NO、1.0 mol CO氣體通入到固定容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖所示。

0~20 min CO2的平均速率v(CO2)=____________，CO的轉(zhuǎn)化率為____________

(3)下列能夠說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是__________

a.該容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變

b.上述反應(yīng)的焓變H不變

c. v(NO)=2v(N2)

d.混合氣體的密度不再變化

(4)若保持反應(yīng)體系的溫度不變，20 min時再向容器中充CO、CO2各0.2mol，化學(xué)平衡將__________(填“逆向”“正向”或“不”)移動。重新達(dá)到平衡后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為__________(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(5)利用反應(yīng)2NO2+4CO=N2+4CO2可以處理汽車尾氣。若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池，用熔融NaCO3作電解質(zhì)，其正極電極反應(yīng)式為_____________

(6)工業(yè)上用氨水將SO2轉(zhuǎn)化為(NH4)2SO3，再氧化為(NH4)2SO4。已知25℃時，0.05mol/L(NH4)2SO4溶液的pH=a，則c(NH4+)：c(NH3·H2O)=__________用含a的代數(shù)式表示，已知NH3·H2O的電離常數(shù)為Kb=1.7×10-5)。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol 0.01mol/(L·min) 40% a 逆向 0.28 2NO2+8e-+4CO2=N2+4CO32-

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算；

(2)據(jù)圖可知0~20min內(nèi)△c(NO)=0.2mol/L，據(jù)v(NO)=進(jìn)行計算；CO的轉(zhuǎn)化率=進(jìn)行計算；

(3)反應(yīng)達(dá)到平衡后，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度保持不變及由此衍生的其他物理量進(jìn)行分析判斷；

(4)根據(jù)平衡常數(shù)的計算公式進(jìn)行計算；根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，據(jù)此進(jìn)行分析；

(5)原電池中正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，該電池放電時NO2被還原成N2作正極，用熔融NaCO3作電解質(zhì)，根據(jù)元素守恒和電荷守恒可得電極方程式；

(6)NH3·H2O的電離常數(shù)為Kb==1.7×10-5，pH=a，則可求出c(OH-)，據(jù)此可以計算出。

(1)已知：①Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol ①
C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol ②
由①-②×3，得到熱化學(xué)方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol，

(2)據(jù)圖可知0~20min內(nèi)△c(NO)=0.2mol/L，所以v(NO)==0.01mol/(L·min)，同一反應(yīng)同一同時不同物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，所以v(CO2)=v(NO)=0.01mol/(L·min)；△c(NO)=0.2mol/L，則△c(CO)=0.2mol/L，容器體積為2L，所以CO的轉(zhuǎn)化率為=40%；

(3)a．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，所以未達(dá)到平衡時容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量會變，容器恒容，則壓強(qiáng)會變，所以壓強(qiáng)不再改變說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；

b．反應(yīng)是否達(dá)到平衡并不影響反應(yīng)的焓變，故b不能說明；

c．反應(yīng)達(dá)到平衡時正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，但選項中沒有指明各物質(zhì)的速率是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，故c不能說明；

d．反應(yīng)物和生成物均為氣體，所以整個過程中氣體的總質(zhì)量不變，容積恒定，則密度一直不變，故d不能說明；

綜上所述選a；

(4)初始投料為1.2 mol NO、1.0 mol CO，容器體積為2L，則c(NO)=0.6mol/L，c(CO)=0.5mol/L；據(jù)圖可知平衡時c(NO)=0.6mol/L，△c(NO)=0.2mol/L，根據(jù)方程式可知△c(CO)=0.2mol/L，△c(CO2)=0.2mol/L，△c(N2)=0.1mol/L，所以平衡時各物質(zhì)的濃度為c(NO)=0.4mol/L，c(CO)=0.3mol/L，c(CO2)=0.2mol/L，c(N2)=0.1mol/L，則該溫度下平衡常數(shù)為K=，充CO、CO2各0.2mol后，容器體積為2L，所以c(CO)=0.4mol/L，c(CO2)=0.3mol/L，此時濃度商為，所以平衡逆向移動；溫度不變平衡常數(shù)不變，平衡常數(shù)為0.28；

(5)原電池中正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)中各物質(zhì)的化合價的變化可知，該電池放電時NO2被還原成N2作正極，用熔融NaCO3作電解質(zhì)，根據(jù)元素守恒和電荷守恒可得電極方程式為2NO2+8e-+4CO2=N2+4CO32-；

(6)NH3·H2O的電離常數(shù)為Kb==1.7×10-5，pH=a，則c(OH-)=10a-14mol/L，所以。