Question

8．氮和硫的氧化物有多種，其中SO₂和NOx都是大氣污染物，對它們的研究有助于空氣的凈化．
（1）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時(shí)，涉及如下反應(yīng)：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁△H₁＜0�。á瘢�
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　 K₂△H₂＜0�。á颍�
則4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）
（2）為研究不同條件對反應(yīng)（Ⅱ）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時(shí)反應(yīng)（Ⅱ）達(dá)到平衡．測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的轉(zhuǎn)化率α₁=75%．其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．NO₂尾氣常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和 NaNO₂．已知NO₂^-的水解常數(shù)K_h=2×10^-11 mol•L^-1，常溫下某NaNO₂和 HNO₂混合溶液的pH為5，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為50．
（4）利用如圖所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂．陽極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時(shí)有SO₄^2-生成．該反應(yīng)的離子方程式為4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O．
（5）某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究SO₂能否與BaCl₂溶液反應(yīng)生成BaSO₃沉淀．查閱資料得知常溫下BaSO₃的K_SP=5.48×10^-7，飽和亞硫酸中c（SO₃^2-）=6，3×10^-8 mol•L^-1．將0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液滴入飽和亞硫酸中，不能（填“能”或“不能”）生成BaSO₃沉淀，原因是若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7（請寫出必要的推斷過程）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)為①的平衡常數(shù)平方與②的商；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式計(jì)算參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算NO的轉(zhuǎn)化率；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)比起始壓強(qiáng)小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（3）NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，據(jù)此計(jì)算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時(shí)有SO₄^2-生成，無害氣體為氮?dú)猓?br />（5）計(jì)算濃度積Qc=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-），與溶度積Ksp（BaSO₃）比較判斷．

解答 解：（1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式可知參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量為0.15mol，則NO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)比起始壓強(qiáng)小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，故轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁，
故答案為：75%；＞；
（3）常溫下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH為5，則溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=2×10^-11mol•L^-1，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為$\frac{c（O{H}^{-}）}{2×1{0}^{-11}}$=50，
故答案為：50；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根，陽極電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時(shí)有SO₄^2-生成，無害氣體為氮?dú)猓�反�?yīng)離子方程式為：4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O；
（5）若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6.3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）=0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7，故不能析出BaSO₃沉淀，
故答案為：不能；若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)、水解常數(shù)、電解原理應(yīng)用、溶度積應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等．