Question

1．最近世界各國都在研究“1C化學”、“2C化學”，它們是以1個或2個碳原子
的物質為研究對象，在環(huán)境治理和新能源開發(fā)等方面有突出貢獻．請回答下列問題：
I．汽車尾氣中含有CO和NO，某研究小組利用反應：2CO+2NO?N₂+2CO₂實現氣體的無害化排放．T₁℃時，在恒容的密閉容器中通入一定量的CO和NO，能自發(fā)進行上述反應，測得不同時間的NO和CO的濃度如表：

時間　（s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）/10-3mol•L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/10-3mol•L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

（1）0～2s內用N₂表示的化學反應速率為1.875×10^-4mol/（L•s），該溫度下，反應的平衡常數K₁=5000L/mol．
（2）若該反應在絕熱恒容條件下進行，則反應達到平衡后體系的溫度為T₂℃，此時的化學平衡常數為K₂，則K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
Ⅱ．在一定條件下以CO和H₂為原料可以合成重要的化工原料乙二醛（OHC-CHO）．
（3）CO和H₂合成乙二醛的反應為可逆反應，對應的化學方程式為2CO+H₂?OHC-CHO．
（4）乙二醛經催化氧化后可得到乙二酸（ H₂C₂O₄），H₂C₂O₄是一種二元弱酸，常溫下其電離平衡常數K₁=5.4×10^-2，K₂=5.4×10^-5則Na HC₂O₄溶液顯酸性（填“酸性”、“中性”或“堿性”）；
已知常溫下NH₃•H₂O的電離平衡常數K=1.8×10^-5，則反應：NH₃•H₂O+HC₂O₄^-?NH₄⁺+C₂O₄^2-的化學平衡
常數K=9.72×10⁴．
（5）工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產乙醛酸（HOOC-CHO），原理如圖所示．該裝置中陰、陽兩極均為惰性電極，兩極室均可產生乙醛酸，其中乙二醛與M電極的產物反應生成乙醛酸，該反應的化學方程式為Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl，N電極的電極反應式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）根據圖表，0～2s內，NO的濃度變化為△c（NO）=（1-0.25）×10^-3=0.75×10^-3mol/L，反應經歷的時間為△t=2s，則NO的化學反應平均速率為$\overline{r}（NO）$=$\frac{△c（NO）}{△t}$計算，根據速率之比等于化學計量數之比計算N₂的化學反應平均速率，該反應的化學平衡常數為K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，根據反應方程式計算各組分的平衡濃度并代入；
（2）反應為2CO+2NO?N₂+2CO₂，為氣體數減少的反應，熵變△S＜0，由于反應能自發(fā)進行，則焓變△H也應＜0，反應為放熱反應，若該反應在絕熱恒容條件下進行，隨著反應的進行，容器內溫度升高，升溫使化學平衡向逆反應方向移動；
II．（3）CO和H₂合成乙二醛的反應為可逆反應，乙二醛為OHC-CHO，據此寫出反應方程式；
（4）NaHC₂O₄在水溶液中，既存在電離平衡，也存在水解平衡，結合平衡常數比較電離和水解趨勢，據此判斷其水溶液的酸堿性，根據多重平衡規(guī)則推導所求反應的平衡常數；
（5）乙二醛與M電極的產物反應生成乙醛酸，可知乙二醛在M電極發(fā)生氧化反應生成乙醛酸，電極附近存在濃鹽酸完全電離產生H⁺，M電極為陽極，發(fā)生的電極反應是Cl^-失去電子被氧化成Cl₂，接著Cl₂氧化乙二醛生成乙醛酸，N電極為陰極，H⁺向陰極移動，陰極反應為物質得到電子，發(fā)生還原反應，應為乙二酸得到電子，被還原為乙醛酸，據此寫出總反應方程式和N電極的電極反應式．

解答 解：I．（1）根據圖表，0～2s內，NO的濃度變化為△c（NO）=（1-0.25）×10^-3=0.75×10^-3mol/L，反應經歷的時間為△t=2s，則NO的化學反應平均速率為$\overline{r}（NO）$=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.75×1{0}^{-3}mol/L}{2s}$=3.75×10^-4mol/（L•s），根據速率之比等于化學計量數之比，則0～2s內用N₂表示的化學反應速率為$\overline{r}（{N}_{2}）$=$\frac{1}{2}\overline{r}（NO）$=1.875×10^-4mol/（L•s），
根據表中數據，平衡時，c（NO）=0.1×10^-3mol/（L•s），c（CO）=2.70×10^-3mol/（L•s），根據反應方程式：2CO+2NO?N₂+2CO₂，則平衡時，c（N₂）=0.45×10^-3mol/L，c（CO₂）=0.9×10^-3mol/L，則平衡常數為K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（0.9×1{0}^{-3}mol/L）^{2}×（0.45×1{0}^{-3}mol/L）}{（2.7×1{0}^{-3}mol/L）^{2}×（0.1×1{0}^{-3}mol/L）^{2}}$=5000L/mol，
故答案為：1.875×10^-4mol/（L•s）；5000L/mol；
（2）反應為2CO+2NO?N₂+2CO₂，為氣體數減少的反應，熵變△S＜0，由于反應能自發(fā)進行，則焓變△H也應＜0，反應為放熱反應，若該反應在絕熱恒容條件下進行，隨著反應的進行，容器內溫度升高，升溫使化學平衡向逆反應方向移動，則正向進行的趨勢不斷減小，平衡常數減小，因此K₁＞K₂，
故答案為：＞；
II．（3）CO和H₂合成乙二醛的反應為可逆反應，乙二醛為OHC-CHO，則反應方程式為：2CO+H₂?OHC-CHO，
故答案為：2CO+H₂?OHC-CHO；
（4）NaHC₂O₄在水溶液中，既存在電離平衡，也存在水解平衡，結合平衡常數比較電離和水解趨勢，HC₂O₄^-的電離平衡常數為K₂=5.4×10^-5，水解反應為HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-，水解反應的平衡常數為K_h=$\frac{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）c（O{H}^{-}）}{c（H{C}_{2}{O}_{4}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{1}}$=1.85×10^-13，可見電離趨勢大于水解趨勢，因此NaHC₂O₄在水溶液中顯酸性，
反應NH₃•H₂O+HC₂O₄^-?NH₄⁺+C₂O₄^2-的化學平衡常數K=$\frac{c（{C}_{2}{O}_{4}^{2-}）c（N{H}_{4}^{+}）}{c（H{C}_{2}{O}_{4}^{-}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，根據多重平衡規(guī)則，K=$\frac{c（{C}_{2}{O}_{4}^{2-}）c（N{H}_{4}^{+}）}{c（H{C}_{2}{O}_{4}^{-}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（{C}_{2}{O}_{4}^{2-}）c（N{H}_{4}^{+}）}{c（H{C}_{2}{O}_{4}^{-}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$•$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{a}（N{H}_{4}^{+}）}$=$\frac{{K}_{2}{K}_（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{K}_{w}}$=$\frac{5.4×1{0}^{-5}×1.8×1{0}^{-5}}{1{0}^{-14}}$=9.72×10⁴，
故答案為：9.72×10⁴；
（5）乙二醛與M電極的產物反應生成乙醛酸，可知乙二醛在M電極發(fā)生氧化反應生成乙醛酸，電極附近存在濃鹽酸完全電離產生H⁺，M電極為陽極，發(fā)生的電極反應是Cl^-失去電子被氧化成Cl₂，接著Cl₂氧化乙二醛生成乙醛酸，N電極為陰極，H⁺向陰極移動，陰極反應為物質得到電子，發(fā)生還原反應，應為乙二酸得到電子，被還原為乙醛酸，N電極的電極反應式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O，
則電極的總反應式為：Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl；
故答案為：Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl；HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O．

點評 本題主要考查化學原理部分，包含化學反應速率的計算，化學平衡常數的計算，化學平衡的移動，鹽類水解，弱電解質的電離平衡，電化學原理等知識．題目涉及的知識點較多，題目難度中等．