Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，“節(jié)能減排”，減少全球溫室氣體排放，研究NO_x、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。

（1）下圖是在101kP_a，298k條件下1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成1mol CO₂和1mol NO過程中能量變化示意圖。

已知：① N₂（g）+O₂（g）＝2NO（g） △H=+179.5kJ/mol

② 2NO（g）+O₂（g）＝2NO₂（g）   △H=-112.3kJ/mol

則在298k時(shí)，反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)的△H＝        。

（2）將0.20mol NO₂和0.10molCO充入一個(gè)容積恒定為1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，在不同條件下，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化狀況如圖所示。

①下列說法正確的是           。（填序號）

a.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化說明該反應(yīng)達(dá)到平衡

b.當(dāng)向容器中加再充入0.20mol NO時(shí)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大

c.升高溫度后，K值減小，NO₂的轉(zhuǎn)化率減小

d.向該容器內(nèi)充入He氣，反應(yīng)物的體積減小，濃度增大，所以反應(yīng)反應(yīng)速率增大

②計(jì)算產(chǎn)物NO在0～2min時(shí)平均反應(yīng)速率v(NO)=     mol·L^-1·min^-1；

③第4min時(shí)改變的反應(yīng)條件為      （填“升溫”、“降溫”）；

④計(jì)算反應(yīng)在第6min時(shí)的平衡常數(shù)K=      。若保持溫度不變，此時(shí)再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡將      移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）有學(xué)者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料。其負(fù)極的反應(yīng)式為      ，當(dāng)有0.25molSO₂被吸收，則通過質(zhì)子（H⁺）交換膜的H⁺的物質(zhì)的量為       。

（4）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²�，F(xiàn)將2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液與一定濃度的CaC1₂溶液等體積混合生成沉淀，計(jì)算應(yīng)加入CaC1₂溶液的最小濃度為       。

 

Answer 1

【答案】

（16分）（1）－759.8kJ/mol （2分） （2）①C （2分） ②0.015 （2分） ③升溫 （2分）

④1/36 （2分） 逆向 （1分） （3）SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋ （2分） 0.5mol （2分）

（4）5.6×10^－5mol/L （2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，因此該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱△H＝134kJ/mol－368kJ/mol＝－234kJ/mol，即熱化學(xué)方程式是③ NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol。根據(jù)蓋斯定律可知，②－①＋③×2即得到反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)，因此該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝－112.3kJ/mol－179.5kJ/mol－234kJ/mol×2＝－759.8kJ/mol。

（2）①根據(jù)反應(yīng)NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol可知，該反應(yīng)是體積不變的、放熱的可逆反應(yīng)，則：

a.反應(yīng)前后體積不變，則壓強(qiáng)始終是不變的，所以容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡，a不正確；

b.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，當(dāng)向容器中加再充入0.20mol NO時(shí)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K值不變，b不正確；

c.升高溫度后，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此K值減小，NO₂的轉(zhuǎn)化率減小，c正確；

d.向該容器內(nèi)充入He氣，容器容積不變，反應(yīng)物的濃度不變，所以反應(yīng)反應(yīng)速率不變，d不正確 ，答案選c。

②根據(jù)圖像可知，在0～2min內(nèi)NO的濃度增加了0.03mol/L，則根據(jù)方程式可知，NO₂的濃度就減少0.03mol/L，所以產(chǎn)物NO在0～2min時(shí)平均反應(yīng)速率v(NO)＝0.03mol/L÷2＝0.015mol·L^-1·min^-1。

③根據(jù)圖像可知，在4min時(shí)反應(yīng)物的濃度增加，而生成物的濃度降低，這說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此改變的條件是升高溫度。

④根據(jù)圖像可知，6min時(shí)反應(yīng)重新建立平衡狀態(tài)。此時(shí)NO和CO₂的濃度均是0.02mol/L，NO₂和CO的濃度分別是0.18mol/L和0.08mol/L，因此反應(yīng)在第6min時(shí)的平衡常數(shù)K＝＝＝；若保持溫度不變，此時(shí)再向容器中充入CO、NO各0.060mol，則此時(shí)＝＝＞，因此平衡逆向進(jìn)行。

（3）原電池中負(fù)極失去電子，所以SO₂在負(fù)極通入，其電極反應(yīng)式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋；當(dāng)有0.25molSO₂被吸收，則負(fù)極生成1.0mol氫離子和0.25mol SO₄^2－，所以要保持電荷守恒，需要將左側(cè)多余的0.5mol氫離子通過質(zhì)子（H⁺）交換膜交換到右側(cè)。

（4）設(shè)應(yīng)加入CaC1₂溶液的最小濃度為x，則混合后c(Ca^2＋)＝0.5x，c(CO₃^2－)＝1×10^-4mol/L。根據(jù)碳酸鈣的溶度積常數(shù)可知，混合要生成沉淀，則0.5x×1×10^-4mol/L ≥2.8×10^-9mol²/L²，解得x≥5.6×10^－5mol/L。

考點(diǎn)：考查反應(yīng)熱、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)以及溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算；外界條件對平衡狀態(tài)的影響；平衡常數(shù)以及原電池原理的應(yīng)用等