Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，研究NO2、NO、CO、NO2- 等大氣污染物和水污染物的處理對建設(shè)美麗中國具有重要意義。

（1）已知：①NO2 + CO CO2 + NO 該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1（下同）

每1mol下列物質(zhì)分解為氣態(tài)基態(tài)原子消耗能量分別為

NO2	CO	CO2	NO
812kJ	1076kJ	1490kJ	632kJ

②N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH＝+179.5 kJ/mol K2

③2NO(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH＝-112.3 kJ/mol K3

試寫出NO與CO反應(yīng)生成無污染物氣體的熱化學(xué)方程式____________________________以及此熱化學(xué)方程式的平衡常數(shù)K=____________（用K1、K2、K3表示）

（2）污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應(yīng)為：2NO2+4CO4CO2+N2，某溫度下，在1L密閉容器中充入0.1mol NO2和0.2mol CO，此時(shí)容器的壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓，5秒時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>，則反應(yīng)開始到平衡時(shí)CO的平均反應(yīng)速率v(CO)=________。

若此溫度下，某時(shí)刻測得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為amol/L、0.4mol/L、0.1mol/L、1mol/L，要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，a的取值范圍________________。

（3）電化學(xué)降解NO2-的原理如下圖：

①電源的負(fù)極是____________（填A或B）陰極反應(yīng)式為________________。

②若電解過程中轉(zhuǎn)移了6mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差為_____g。

Answer 1

【答案】 0.008mol/(L·s) 0≤a<0.8（或a<0.8） B （或） 32

【解析】（1）根據(jù)焓變＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能，則反應(yīng)①NO2 (g)+ CO(g) CO2 (g)+ NO(g) ΔH1＝（812+1076-1490-632）kJ/mol =-234 kJ/mol，②N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH2＝+179.5 kJ/mol ；③2NO(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH3＝-112.3 kJ/mol ；根據(jù)蓋斯定律，由③+①×2-②得反應(yīng)2NO(g) + 2CO(g)= N2(g)+ 2CO2 (g) ΔH＝ΔH3+ΔH1×2-ΔH2 =-112.3 kJ/mol +（-234 kJ/mol）×2-179.5 kJ/mol =-759.8 kJ/mol；當(dāng)總反應(yīng)式相加時(shí)平衡常數(shù)相乘、相減時(shí)相除、成倍時(shí)為冪，則平衡常數(shù)K=；

（2）設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度改變x，則：

2NO2 + 4CO 4CO2 + N2

起始濃度(mol/L）：0.1 0.2 0 0

改變濃度(mol/L）： x 2x 　2x　 　x

平衡濃度(mol/L）：0.1-x 0.2-2x 2x x 　　　

故=，解得x=0.02mo/L，v(CO)= =0.008mol/(L·s)；

K==；若此溫度下，某時(shí)刻測得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為amol/L、0.4mol/L、0.1mol/L、1mol/L，要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則Q==<K=，解得a<0.8，a的取值范圍為0≤a<0.8或a<0.8；（3）根據(jù)電化學(xué)降解NO2-的原理圖可知，Ag/Pt電極上NO2-轉(zhuǎn)化為N2，氮元素化合價(jià)從+3價(jià)降為0價(jià)，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，作為陰極，則電源B為負(fù)極，故①電源的負(fù)極是B，陰極反應(yīng)式為：2NO2-+6e-+4H2O=N2↑+8OH-或2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O；②根據(jù)圖示裝置，陽極反應(yīng)為2H2O-4e－=O2↑+4H＋，轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)，陽極消耗3mol水，產(chǎn)生6molH+進(jìn)入陰極室，陽極室質(zhì)量減少54g；陰極反應(yīng)為2NO2-+6e-+8H+=N2↑+4H2O，陰極室中放出1molN2（28g），同時(shí)有6molH+（6g）進(jìn)入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少22g，膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）＝54g-22g＝32g。