Question

17．2012年烏魯木齊機(jī)動(dòng)車保有輛邁入“50萬輛時(shí)代”，汽車尾氣已成為重要的空氣污染物
（1）汽車內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)引起反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），是導(dǎo)致汽車尾氣中含有NO 的原因之一．T ⁰C時(shí)，向5L密閉容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后達(dá)平衡時(shí)NO 物質(zhì)的量為6mol，該反應(yīng)的速率v（NO）為0.24mol/（L．min）；該條件下的平衡常數(shù)1.2
（2）H₂或CO可以催化還原NO以達(dá)到消除污染的目的：
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
則H₂（g）與NO（ g）反應(yīng)生成N₂ （g）和H₂O（l）的熱化 學(xué)方程式為2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol．
②當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．
圖1是反應(yīng)：2NO（g）+2C0（g）=2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線，據(jù)此判斷該反應(yīng) 的△H＜ O （填“＞”、“＜”或“無法確定”）．若催化劑的表面積增大至S₂，則反 應(yīng)在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡時(shí)NO的濃度不變（填“增大”、“減小”或“不變”）

（3）人工腎臟可用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素（CO（NH₂）₂），即通過陽極反應(yīng) 生成具有強(qiáng)氧化作用的中間產(chǎn)物來氧化代謝產(chǎn)物，原理如圖2：
①電源的負(fù)極為B （填“A”或“B”）．
②陽極室中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂
③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將不變；若兩極共收集到氣體13.44L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則除去的尿素為7.2 g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

分析 （1）利用三段式計(jì)算各組分物質(zhì)的量變化量、平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO）；由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用平衡時(shí)物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（2）①由蓋斯定律②-①得H₂（g）與N0（ g）反應(yīng)生成N₂ （g）和H₂0（l）的熱化學(xué)方程式；
②T₂溫度先得到平衡，說明反應(yīng)速率快，故溫度T₂＞T₁，再根據(jù)平衡時(shí)NO的濃度，判斷升高溫度平衡影響方向，進(jìn)而判斷反應(yīng)是吸熱，還是放熱；
催化劑的表面積增大，反應(yīng)速率加快，但不影響平衡移動(dòng)；
（3）①由圖可知，右側(cè)生成氯氣，發(fā)生還原反應(yīng)，故右側(cè)為原電池的陰極；
②由圖可知，陽極中氯離子生成氯氣，尿素生成二氧化碳、氮?dú)�，最終導(dǎo)出NaCl溶液，故尿素、氯氣、水反應(yīng)生成HCl、二氧化碳與氮?dú)猓?br />③陰極是水放電生成氫氣與堿，由電荷守恒可知，電解中左側(cè)的氫離子通過質(zhì)子交換膜加入右側(cè)；
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，氯離子失去電子數(shù)等于生成氫氣獲得電子數(shù)，氫氣體積等于氯氣體積，而氯氣又氧化尿素，結(jié)合方程式可知氯氣與二氧化碳、氮?dú)饪傮w積關(guān)系，結(jié)合兩極總體積計(jì)算二氧化碳、氮?dú)饪傮w積，由元素守恒可知二氧化碳與氮體積之比為1：1，進(jìn)而計(jì)算尿素的質(zhì)量．

解答 解：（1）向5L密閉容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后達(dá)平衡時(shí)NO物質(zhì)的量為6mol，則：
           N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）
開始（mol）：8      9        0
轉(zhuǎn)化（mol）：3      3        6
平衡（mol）：5      6        6
故v（NO）=$\frac{\frac{6mol}{5L}}{5min}$=0.24mol/（L．min），
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用平衡時(shí)物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則K=$\frac{{6}^{2}}{5×6}$=1.2，
故答案為：0.24mol/（L．min）；1.2；
（2）①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol  ①
2H₂（g）+0₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol   ②
根據(jù)蓋斯定律②-①得H₂（g）與N0（ g）反應(yīng)生成N₂ （g）和H₂0（l）的熱化學(xué)方程式為2H₂（g）+NO（g）=N₂（g）+2H₂0（l）△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol=-752.1kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
②T₂溫度先得到平衡，說明反應(yīng)速率快，故溫度T₂＞T₁，T₂溫度平衡時(shí)NO的濃度較大，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜O；
催化劑的表面積增大，反應(yīng)速率加快，但不影響平衡移動(dòng)，故平衡時(shí)時(shí)NO的濃度不變，
故答案為：＜；不變；
（3）①由圖可知，右側(cè)生成氯氣，發(fā)生還原反應(yīng)，故右側(cè)為原電池的陰極，連接電源B為負(fù)極，故答案為：B；
②由圖可知，陽極中氯離子生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，尿素生成二氧化碳、氮?dú)�，最終導(dǎo)出NaCl溶液，故尿素、氯氣、水反應(yīng)生成HCl、二氧化碳與氮?dú)�，反�?yīng)方程式為：3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑； 3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂；
③陰極是水放電生成氫氣與堿，由電荷守恒可知，電解中左側(cè)的氫離子通過質(zhì)子交換膜加入右側(cè)，最終溶液pH不變；
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，氯離子失去電子數(shù)等于生成氫氣獲得電子數(shù)，氫氣體積等于氯氣體積，而氯氣又氧化尿素，結(jié)合3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂ 可知，氯氣體積為二氧化碳、氮?dú)饪傮w積為1.5倍，而二者總體積為$\frac{13.44L}{1+1.5}$=5.376L，二氧化碳與氮體積之比為1：1，故氮?dú)怏w積為5.376L×$\frac{1}{2}$=2.688L，其物質(zhì)的量為$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，故尿素的物質(zhì)的量為0.12mol，則尿素質(zhì)量為0.12mol×60g/mol=7.2g，
故答案為：不變；7.2．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象及影響因素、電解原理及有關(guān)計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，（3）中陽極發(fā)生的有關(guān)反應(yīng)為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，注意根據(jù)圖象分析發(fā)生的反應(yīng)，難度中等．