Question

【題目】NO2和N2O4的相互轉化2NO2(g)N2O4(g)是高中乃至大學討論化學平衡問題的常用體系。請回答：

Ⅰ.將N2O4 (g)轉化為N2O4(l)，可用來制備硝酸。

(1)已知2NO2(g)N2O4(g) △H1 2NO2(g)N2O4(l) △H2

下列能量變化示意圖正確的是__________。

A．B．C．

(2)NO2和N2O4物質的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應的化學方程式為__________。

Ⅱ.對于2NO2(g)N2O4(g)反應體系，標準平衡常數Kθ=，其中Pθ為標準壓強(1×105 Pa)，P(N2O4)和P(NO2)為各組分平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質的量分數)。

(1)若起始NO2的物質的量設為1mol，反應在恒定溫度和標準壓強下進行，N2O4的平衡產率為0.75，則Kθ=____________。

(2)利用現代手持技術傳感器可以探究壓強對2NO2(g)N2O4(g)化學平衡移動的影響。在恒定溫度和標準壓強條件下，往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞位置不變。分別在t1、t2時刻迅速移動活塞后并保持活塞位置不變，測定針筒內氣體壓強變化如圖所示。

①B點時NO2的轉化率為_______。

②E、H兩點對應氣體的平均相對分子質量ME____MH(填“＜、＞或=”)。

Ⅲ.以連二硫酸根(S2O42-)為媒介，使用間接電化學法也可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

(3)①陰極區(qū)的電極反應式為_________。

②NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，若通電時電路中轉移了0.3mole－，則此通電過程中理論上吸收的NO在標準狀況下的體積為____mL。

Ⅳ.常溫下，將a mol·L-1的醋酸與bmol·L-1Ba(OH)2溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，則該混合溶液中醋酸的電離常數Ka=_____(用含a和b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】B 4NO2+4N2O4+3O2+6H2O=12HNO3 3.75 6% ＜ 2SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O 1344

【解析】

Ⅰ．(1)2NO2(g)N2O4(g)為放熱反應，則△H1＜0； 2NO2(g)N2O4(l)為放熱反應，則△H2＜0，N2O4(g)轉化為N2O4(l)為放熱反應，則能量：N2O4(g)＞N2O4(l)，據此分析判斷；(2)四氧化二氮能轉化為二氧化氮，二氧化氮和氧氣、水反應生成硝酸，按照要求書寫反應的化學方程式；

Ⅱ．(1)如果1mol二氧化氮完全轉化為四氧化二氮，則生成四氧化二氮的物質的量為0.5mol，N2O4的平衡產率為0.75，則生成n(N2O4)=0.5×0.75mol=0.375mol，消耗的n(NO2)=2×0.375mol=0.75mol，求出平衡時混合總氣體物質的量，平衡分壓=總壓×物質的量分數計算出PN2O4和PNO2，結合Kθ=計算；

(2)①恒溫恒容條件下，氣體壓強之比等于物質的量之比，設開始時二氧化氮的物質的量為1mol，則B點混合氣體總物質的量=×1mol=0.97mol，根據方程式求出參加反應的n(NO2)，再計算二氧化氮的轉化率；②恒容時壓強越大氣體總物質的量越大，反應前后氣體總質量不變，則混合氣體平均相對分子質量減��；

III．(3)①根據圖像，陰極區(qū)通入的液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，據此書寫陰極區(qū)的電極反應式；②由于NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，根據轉移的電子求出吸收的NO；

Ⅳ．將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，依據電離方程式計算醋酸的電離平衡常數。

Ⅰ．(1)2NO2(g)N2O4(g)為放熱反應，則△H1＜0，反應物總能量大于生成物總能量； 2NO2(g)N2O4(l)為放熱反應，則△H2＜0，反應物總能量大于生成物總能量，N2O4(g)轉化為N2O4(l)為放熱反應，則能量：N2O4(g)＞N2O4(l)，只有B符合，故答案為：B；

(2)四氧化二氮能轉化為二氧化氮，二氧化氮和氧氣、水反應生成硝酸，NO2和N2O4物質的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應的化學方程式為4NO2+4N2O4+3O2+6H2O=12HNO3，故答案為：4NO2+4N2O4+3O2+6H2O═12HNO3；

Ⅱ．(1)如果1mol二氧化氮完全轉化為四氧化二氮，則生成四氧化二氮的物質的量為0.5mol，N2O4的平衡產率為0.75，則生成n(N2O4)=0.5×0.75mol=0.375mol，消耗的n(NO2)=2×0.375mol=0.75mol，平衡時混合總氣體物質的量=(0.375+1-0.75)mol=0.625mol，PN2O4=×Pθ=0.6Pθ，PNO2=×Pθ=0.4Pθ，標準平衡常數Kθ===3.75，故答案為：3.75；

(2)①恒溫恒容條件下，氣體壓強之比等于物質的量之比，設開始時二氧化氮的物質的量為1mol，則B點混合氣體總物質的量=×1mol=0.97mol，根據方程式2NO2(g)N2O4(g)知，反應前后減少的物質的量相當于參加反應的二氧化氮的物質的量一半，則參加反應的n(NO2)=(1-0.97)mol×2=0.06mol，二氧化氮轉化率= ×100%=6%，故答案為：6%；

②恒容時壓強越大，氣體總物質的量越大，反應前后氣體總質量不變，則混合氣體平均相對分子質量越小，t1時增大容器體積，導致壓強減小，平衡逆向移動，導致氣體相對分子質量減��；t2縮小容器體積，壓強增大，平衡正向移動，氣體物質的量減小，最小的是H點，則H點是相對分子質量最大的點，E、H兩點對應氣體的平均相對分子質量ME＜MH，故答案為：＜；

III．(3)①由圖可知，陰極區(qū)通入的液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以陰極區(qū)電極反應式為2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案為：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O；

②由于NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，NO～NH4+～5e-，若電路中轉移0.3mol e-，則吸收NO 0.06mol，在標準狀況下的體積為=0.06mol×22.4L/mol=1.344L=1344mL，故答案為：1344。

Ⅳ．通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數依據電離方程式寫出K===×10-7，故答案為：×10-7。