Question

12．排放SO₂、NO等大氣污染物是產(chǎn)生霧霾的因素之一．如何處理和利用SO₂、NO是環(huán)�？茖W(xué)研究的熱點(diǎn)．
（1）將物質(zhì)的量之比為1：1的NO、NO₂氣體通人冰水中生成HNO₂（亞硝酸）．某溫度T下，0.2mol•L^-1HNO₂溶液的pH=2，則該溫度下，HNO₂的電離常數(shù)K_a（HNO₂）≈5.3×10^-4（保留一位小數(shù)）．
（2）“脫硝”是指將NO₂轉(zhuǎn)化成N₂．已知：
①4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₁
②8NH₃（g）+6NO₂（g）═7N₂（g）+12H₂O（g）△H₂
③N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₃
④2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₄
△H₂=2△H₁+3△H₃-3△H₄ （用含△H₁、△H₃、△H₄代數(shù)式表示）．
（3）利用電解法將霧霾中SO₂、NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₂的裝置如圖1所示，寫出陰極的電極反應(yīng)式：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O．

（4）一定溫度下，在2L恒容密閉容器中充入等物質(zhì)的量的NO₂和SO₂氣體反應(yīng)（產(chǎn)物為兩種氣體），測得混合氣體中NO₂、SO₃氣體的物質(zhì)的量與時(shí)間關(guān)系如圖2所示．
①下列情況說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是CD（填字母）．
A．混合氣體的密度不再改變
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變
C．混合氣體中NO₂體積分?jǐn)?shù)不再改變
D．混合氣體的顏色不再改變
②若其他條件不變，達(dá)到平衡后，向容器中再充入1mol SO₂（g）和1mol NO₂（g），平衡不（填“向左”“向右”或“不”）移動(dòng)，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率不變（填“增大”“減小”或“不變”）．
③上述反應(yīng)中，在0～2min內(nèi)SO₂的平均反應(yīng)速率v（SO₂）=0.15mol/（L．min）．
④在該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{4}{9}$（結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）K_a（HNO₂）=$\frac{c（{H}^{+}）．c（N{{O}_{2}}^{-}）}{c（HN{O}_{2}）}$≈$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（HN{O}_{2}）}$；
（2）將方程式2①+3③-3④得方程式②，其焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（3）根據(jù)圖知，電解池中NO得電子和氫離子發(fā)生還原反應(yīng)生成銨根離子，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子；
（4）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
②相當(dāng)于縮小體積，增大反應(yīng)物濃度，壓強(qiáng)增大平衡不移動(dòng)；增大反應(yīng)物濃度相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和不變，壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)；
③上述反應(yīng)中，在0～2min內(nèi)SO₂的平均反應(yīng)速率v（SO₂）=v（NO₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
④該反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），
開始（mol/L）0.5        0.5             0             0
反應(yīng)（mol/L）0.2        0.2             0.2         0.2
平衡（mol/L）0.3        0.3             0.2         0.2
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.3}$=$\frac{4}{9}$．

解答 解：（1）K_a（HNO₂）=$\frac{c（{H}^{+}）．c（N{{O}_{2}}^{-}）}{c（HN{O}_{2}）}$≈$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（HN{O}_{2}）}$=$\frac{1{0}^{-2}×1{0}^{-2}}{0.2-1{0}^{-2}}$=5.3×10^-4，
故答案為：5.3×10^-4；
（2）將方程式2①+3③-3④得方程式②，則△H₂=2△H₁+3△H₃-3△H₄，
故答案為：2△H₁+3△H₃-3△H₄；
（3）根據(jù)圖知，電解池中NO得電子和氫離子發(fā)生還原反應(yīng)生成銨根離子，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，陰極反應(yīng)式為NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O，故答案為：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；
（4）①A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以混合氣體密度始終不變，不能根據(jù)混合氣體的密度判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后混合氣體質(zhì)量不變、物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體中NO₂體積分?jǐn)?shù)不再改變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．混合氣體的顏色不再改變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選CD；
②相當(dāng)于縮小體積，增大反應(yīng)物濃度，壓強(qiáng)增大平衡不移動(dòng)；增大反應(yīng)物濃度相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和不變，壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)，所以其轉(zhuǎn)化率不變，
故答案為：不；不變；
③上述反應(yīng)中，在0～2min內(nèi)SO₂的平均反應(yīng)速率v（SO₂）=v（NO₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1-0.6}{2}}{2}$mol/（L．min）=0.15mol/（L．min），
故答案為：0.15mol/（L．min）；
④該反應(yīng)       NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），
開始（mol/L）0.5        0.5             0             0
反應(yīng)（mol/L）0.2        0.2             0.2         0.2
平衡（mol/L）0.3        0.3             0.2         0.2
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.3}$=$\frac{4}{9}$，
故答案為：$\frac{4}{9}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)問題，為高頻考點(diǎn)，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)方向判斷、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，明確化學(xué)平衡原理、蓋斯定律含義是解本題關(guān)鍵，注意（4）題反應(yīng)特點(diǎn)導(dǎo)致壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)．