Question

19．隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2 NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．若在一定溫度下，將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示，計算該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)：K=$\frac{5}{144}$．若升高溫度則平衡常數(shù)將變小（變大、不變、變�。�．若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將不移動
（填“向左”、“向右”或“不”）．
20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖3所示的變化，則改變的條件可能是②（填序號）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（3）肼（N₂H₄）用亞硝酸氧化可生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977．寫出肼與亞硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O．
（4）如圖2所示裝置可用于制備N₂O₅，則生成N₂O₅的那一極電極為陽極（陰、陽極），反應(yīng)式為N₂O₄-2e^-+2HNO₃═2N₂O₅+2H⁺．
（5）已知某溫度下Li₂CO₃的K_sp為1.68×10^-3，將適量Li₂CO₃固體溶于100mL水中至剛好飽和，飽和Li₂CO₃溶液中c（Li⁺）=0.15mol•L^-1．c（CO₃^2-）=0.075mol•L^-1若t₁時刻在上述體系中加入100mL0.125mol•L^-1 Na₂CO₃ 溶液，列式計算說明是否有沉淀產(chǎn)生．
（6）請畫出t₁時刻后Li⁺和CO₃^2-濃度隨時間變化的關(guān)系圖（用虛線表示Li⁺，實(shí)線表示CO₃^2-）．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計算；
（2）計算平衡時二氧化碳的濃度，將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)變��；
判斷此時的濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系，進(jìn)而判斷平衡移動方向；
20min時，改變反應(yīng)條件瞬間N₂濃度不變，而后N₂濃度增大，結(jié)合外界條件對平衡影響分析解答；
（3）肼（N₂H₄）用亞硝酸氧化可生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則分子中N原子數(shù)目為$\frac{43×0.977}{14}$=3，H原子數(shù)目為$\frac{43-14×3}{1}$=1，故該氫化物為HN₃，還有水生成，配平書寫方程式；
（4）陰極是氫離子放電，陽極應(yīng)是N₂O₄氧化得到N₂O₅，在硝酸條件下有氫離子生成；
（5）計算混合時溶液中c（Li⁺）、c（CO₃^2-），再計算濃度積，與溶度積比較判斷；
（6）結(jié)合（5）計算可知t₁時刻瞬間c（Li⁺）、c（CO₃^2-），若沒有沉淀析出，則從t₁時刻起為水平線，若有沉淀析出，再根據(jù)溶度積計算平衡時c（Li⁺）、c（CO₃^2-），畫出變化圖象．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2 NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）由方程式可知，平衡時二氧化碳的濃度為0.2mol/L×2=0.4mol/L，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{1．{6}^{2}×0．{6}^{2}}$=$\frac{5}{144}$；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)變�。�
若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，則濃度商=$\frac{（0.2+0.6）×0．{4}^{2}}{1．{6}^{2}×（0.6+0.6）^{2}}$=$\frac{5}{144}$，等于平衡常數(shù)，故平衡不移動，
20min時，改變反應(yīng)條件瞬間N₂濃度不變，而后N₂濃度增大：
①加入催化劑，平衡不移動，但不到不變，故錯誤；
②降低溫度，瞬間氮?dú)鉂舛炔蛔儯�平衡向正反�?yīng)移動，氮?dú)鉂舛仍龃�，故正確；
③縮小容器體積，瞬間氮?dú)鉂舛仍龃螅�平衡向向正反�?yīng)方向移動，但濃度繼續(xù)增大，故錯誤；
④增加CO₂的量，瞬間氮?dú)鉂舛炔蛔�，平衡向逆反�?yīng)移動，氮?dú)鉂舛葴p小，故錯誤，
故答案為：$\frac{5}{144}$；變�。徊�；②；
（3）肼（N₂H₄）用亞硝酸氧化可生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則分子中N原子數(shù)目為$\frac{43×0.977}{14}$=3，H原子數(shù)目為$\frac{43-14×3}{1}$=1，故該氫化物為HN₃，還有水生成，反應(yīng)方程式為：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O，
故答案為：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O；
（4）陰極是氫離子放電，陽極應(yīng)是N₂O₄氧化得到N₂O₅，在硝酸條件下有氫離子生成，陽極電極反應(yīng)式為：N₂O₄-2e^-+2HNO₃═2N₂O₅+2H⁺，
故答案為：陽極；N₂O₄-2e^-+2HNO₃═2N₂O₅+2H⁺；
（5）若t₁時刻在上述體系中加入100mL0.125mol•L^-1 Na₂CO₃溶液，此時c（Li⁺）=0.075mol/L，c（CO₃^2-）=$\frac{0.075mol+0.125mol}{2}$=0.1mol/L，則c（CO₃^2-）×c²（Li⁺）=5.6×10^-4＜1.68×10^-3，則沒有沉淀生成，
答：混合時c（Li⁺）=0.075mol/l、c（CO₃^2-）=0.1mol/L，而c（CO₃^2-）•c²（Li⁺）=5.6×10^-4＜Ksp，所以無沉淀；
（6）由（5）中分析可知，t₁時刻c（Li⁺）=0.075mol/l、c（CO₃^2-）=0.1mol/l，沒有沉淀析出，t₁時刻后Li⁺和CO₃^2-濃度畫出圖象為：，
故答案為：．

點(diǎn)評 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)計算及應(yīng)用、化學(xué)平衡影響因素、電解池、溶度積有關(guān)計算及溶解平衡等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，難度中等．