Question

17．最近幾年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g），在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線，如1圖所示．據(jù)此判斷：

①該反應(yīng)的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
③研究表明在紫外線照射下，由于TiO₂的催化作用，空氣中的某些物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生OH自由基，如圖2所示，OH與NO₂反應(yīng)為NO₂+OH=HNO₃，寫出NO與OH反應(yīng)的化學(xué)方程式NO+3OH═HNO₃+H₂O．
（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題．
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
例如：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
寫出CH₄（g）催化還原N₂O₄（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol．
②將煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的．NH₃與CO₂在120℃，催化劑作用下反應(yīng)生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?（NH₂）₂CO（s）+H₂O（g）．現(xiàn)將物質(zhì)的量為1：1的NH₃與CO₂混合在密閉固體容器中反應(yīng)，平衡后，NH₃的體積分?jǐn)?shù)為20%，則NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
③25℃時(shí)，將amol•L^-1的氨水與b mol•L^-1鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液恰好顯中性，用a、b表示NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)為$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時(shí)二氧化碳的濃度判斷溫度對(duì)平衡的影響，進(jìn)而判斷△H；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，故T₂、S₂條件下到達(dá)平衡時(shí)間比T₂、S₁的時(shí)間更長(zhǎng)，但不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度不變；
③依據(jù)圖象可知NO、NO₂均被OH氧化為HNO₃，再由原子守恒可得；
（2）①已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律：①-②+③×2可得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）；
②NH₃與CO₂物質(zhì)的量為1：1，設(shè)起始量均為1 mol，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為x，列三段式，根據(jù)NH₃的體積分?jǐn)?shù)為20%列式計(jì)算可得．
③溶液中存在平衡NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，根據(jù)溶液的pH值計(jì)算溶液中c（OH^-），根據(jù)氯離子濃度計(jì)算c（NH₄⁺），利用物料守恒計(jì)算溶液中c（NH₃．H₂O），代入NH₃•H₂O的電離常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

解答 解：（1）①由圖可知，溫度T₁先到達(dá)平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，由增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，故T₂、S₂條件下到達(dá)平衡時(shí)間比T₂、S₁的時(shí)間更長(zhǎng)，但不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度不變，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線為：；
故答案為：；
③由圖象可知NO、NO2均被OH氧化為HNO3，由原子守恒，NO+3OH═HNO₃+H₂O；
故答案為：NO+3OH═HNO₃+H₂O；
（2）①已知：①CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO2（g）?N2O4（g）△H=-56.9kJ/mol
③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律：①-②+③×2可得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol；
②NH₃與CO₂物質(zhì)的量為1：1，設(shè)起始量均為1 mol，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式：
                        CO₂（g）+2NH₃（g）?（NH₂）₂CO（s）+H₂O（g）
起始量（mol）：1                1                        0                      0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.5x            x                        0.5x                  0.5x
平衡量（mol）：1-0.5x         1-x                     0.5x                   0.5x
NH₃的體積分?jǐn)?shù)為20%，則有$\frac{1-x}{1-0.5x+1-x+0.5x}$=20%，解得x=75%；
故答案為：75%；
③根據(jù)電荷守恒有c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于溶液呈中性，則c（H⁺）=c（OH^-）10^-7mol/L，故c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{1}{2}$×bmol•L^-1=0.5bmol•L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=$\frac{1}{2}$×amol•L^-1-0.5bmol•L^-1=（0.5a-0.5b）mol/L，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5b×1{0}^{-7}}{0.5a-0.5b}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
故答案為：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，影響化學(xué)平衡的因素，電離平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算是高考熱點(diǎn)，要熟練掌握，有一定的難度，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真分析題目信息．