Question

10．中國環(huán)境監(jiān)測總站數(shù)據顯示，顆粒物（PM_2.5等）為連續(xù)霧霾過程影響空氣質量最顯著的污染物，其主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此，對PM_2.5、SO₂、NOx等進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
Ⅰ．改變煤的利用方式可減少環(huán)境污染，通�？蓪⑺�蒸氣通過紅熱的碳得到水煤氣．
（1）已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
由此可知焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
（2）煤氣化過程中產生的有害氣體H₂S可用足量的Na₂CO₃溶液吸收，該反應的離子方程式為CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-
（已知：H₂S：K_a1=1.3×10^-7，K_a2=7.1×10^-15；H₂CO₃：K_a1=4.4×10^-7，K_a2=4.7×10^-11）
（3）現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通人到體積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生如表反應：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H，得到兩組數(shù)據

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡 所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

該反應的△H＜0（填“＜”或“＞”）；若在900⁰C時，另做一組實驗，在2L的恒容密閉容器中加入l0mol CO，5mo1H₂O，2mo1CO₂，5mol H₂，則此時?_正＜?_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
（4）一定條件下，某密閉容器中已建立A（g）+B（g）?C（g）+D（g）△H＞0的化學平衡，其時間速率圖象如圖1，下列選項中對于t₁時刻采取的可能操作及其平衡移動情況判斷正確的是A

A．減小壓強，同時升高溫度，平衡正向移動
B．增加B（g）濃度，同時降低C（g）濃度，平衡不移動
C．增加A（g）濃度，同時降低溫度，平衡不移動
D．保持容器溫度壓強不變通入稀有氣體，平衡不移動
Ⅱ．壓縮天然氣（CNG）汽車的優(yōu)點之一是利用催化技術將NO_x轉變成無毒的CO₂和N₂．
①CH₄（g）+4NO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁＜0
②CH₄（g）+2NO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂＜0
（5）收集某汽車尾氣經測量NO_x的含量為1.12%（體積分數(shù)），若用甲烷將其完全轉化為無害氣體，處理1×10⁴L（標準狀況下）該尾氣需要甲烷30g，則尾氣中V （NO）：V （NO₂）=1：1．
（6）在不同條件下，NO的分解產物不同．在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質的量隨時間變化曲線如圖2所示．寫出Y和Z的化學式：N₂O、NO₂．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）用蓋斯定律求反應熱，根據目標方程式將已知方程式變形運算求解；
（2）根據碳酸和氫硫酸的兩步電離平衡常數(shù)進行比較氫硫酸與碳酸、碳酸氫根離子離子酸性大小，從而得出反應產物，寫出反應的離子方程式；
（3）利用實驗1與實驗2溫度變化比較平衡常數(shù)來判斷反應熱，依據濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
（4）根據圖1t₁時刻改變條件后v（正）瞬間增大，v（逆）減小，v（正）＜v（逆），則平衡一定正向移動，據此分析；
Ⅱ．（5）依據一氧化氮、二氧化氮變化為氮氣，甲烷變化為二氧化碳過程中電子轉移守恒列式計算；
（6）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據原子守恒判斷產物．

解答 Ⅰ．（1）①H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
蓋斯定律計算得到②×$\frac{1}{2}$-①得到焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1；
（2）由于K_a2=5.61×10^-11＜K_a1=9.1×10^-8＜K_a1=4.30×10^-7、K_a2=5.61×10^-11＞K_a2=1.1×10^-12，所以氫硫酸能夠與碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，反應的離子方程式為：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-；       
（3）則實驗1升高溫度實驗2，驗2計算平衡常數(shù)，
          H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L   1mol/L             0      0
轉化 0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l    0.2mol/l
平衡 0.3mol/L   0.8mol/L    0.2mol/l    0.2mol/l
K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.167，溫度升高K變小，溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，
按10mol C0，5mol H₂0，2mol C0₂，5mol H₂，分別加入該容器
Qc=$\frac{\frac{2}{2}×\frac{5}{2}}{\frac{10}{2}×\frac{5}{2}}$=0.2＞K
反應逆向進行，v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；＜；
（4）根據圖1t₁時刻改變條件后v（正）瞬間增大，v（逆）減小，v（正）＜v（逆），則平衡一定正向移動，故選A，
故答案為：A；
Ⅱ．（5）收集某汽車尾氣經測量NO_x的含量為1.12%（體積分數(shù)），若用甲烷將其完全轉化為無害氣體，處理1×10⁴L（標準狀況下）該尾氣需要甲烷30g，設尾氣中NO物質的量為x，NO₂物質的量為y，2NO～N₂～4e^-，2NO₂～N₂～4e^-，CH₄～CO₂～8e^-，
2x+4y=$\frac{30g}{16g/mol}$×8=15mol
x+y=$\frac{1×1{0}^{4}L×1.12%}{22.4L/mol}$=5mol
計算得到x=2.5mol，y=2.5mol
尾氣中V（NO）：V（NO₂）=1：1
故答案為：1：1；                
（6）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應方程式為：3NO=Y+Z，根據原子守恒可知為N₂O、NO₂，
故答案為：N₂O、NO₂．

點評 本題綜合考查化學平衡和化學反應速率等知識，做題時注意把握影響平衡移動的因素以及平衡常數(shù)的有關計算，此為化學平衡常考查問題，題目難度中等．