Question

【題目】消除尾氣中的NO是環(huán)境科學(xué)研究的熱點課題。

I.NO氧化機理

已知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-110kJmol-1

T1℃時，將NO和O2按物質(zhì)的量之比為2：1充入剛性反應(yīng)容器中(忽略NO2與N2O4的轉(zhuǎn)化)。

（1）下列可以作為反應(yīng)已經(jīng)到達平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)的是____。

A.2v正(O2)=v逆(NO2)

B.NO與O2的物質(zhì)的量之比為2：1

C.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變

D.K不變

E.容器內(nèi)混合氣體的顏色保持不變

（2）通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)動態(tài)跟蹤反應(yīng)的進行情況，得到容器內(nèi)混合氣體的壓強、平均摩爾質(zhì)量隨反應(yīng)時間的變化曲線如圖1圖2所示。則反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)在T1℃時的平衡常數(shù)Kp=____。[對于氣相反應(yīng)，用某組分B的平衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)，記作Kp，如p(B)=px(B)，p為平衡總壓強，x(B)為平衡系統(tǒng)中B的物質(zhì)的量分數(shù)]。保持其它條件不變，僅改變反應(yīng)溫度為T2℃(T2＞T1)，在圖2中畫出容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量隨反應(yīng)時間的變化趨勢圖_____。

II.NO的工業(yè)處理

（3）H2還原法：2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH1

已知在標準狀況下，由元素最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol純化合物時的焓變叫做標準摩爾生成焓。NO(g)和H2O(g)的標準摩爾生成焓分別為+90kJmol-1、-280kJmol-1。則ΔH1=____。

（4）O3-CaSO3聯(lián)合處理法

NO可以先經(jīng)O3氧化，再用CaSO3水懸浮液吸收生成的NO2，轉(zhuǎn)化為HNO2。已知難溶物在溶液中并非絕對不溶，同樣存在著一定程度的沉淀溶解平衡。在CaSO3水懸浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-對NO2的吸收速率，請用平衡移動原理解釋其主要原因____。

（5）電化學(xué)處理法

工業(yè)上以多孔石墨為惰性電極，稀硝酸銨溶液為電解質(zhì)溶液，將NO分別通入陰陽兩極，通過電解可以得到濃的硝酸銨溶液。則電解時陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為____。

Answer 1

【答案】AE 0.08 -740kJmol-1 對于反應(yīng)CaSO3(s)Ca2+(aq)+SO32-(aq)，加入Na2SO4溶液時，SO42-結(jié)合部分Ca2+，使其平衡向正反應(yīng)方向移動，c(SO32-)增大，吸收NO2的速率增大 NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+

【解析】

I.（1）在一定條件下，當一個可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態(tài)，即“化學(xué)平衡狀態(tài)”。其中，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等是化學(xué)平衡狀態(tài)的實質(zhì)，而反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變是化學(xué)平衡狀態(tài)的表現(xiàn)。

A.當2v正(O2)=v逆(NO2)時，說明反應(yīng)已達平衡態(tài)，故A正確；

B. NO與O2的物質(zhì)的量之比為2：1時，不能說明該反應(yīng)反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變，故B錯誤；

C.根據(jù)質(zhì)量守恒定律，容器內(nèi)氣體的質(zhì)量恒定不變，則恒容容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變，不能說明達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故C錯誤；

D.該反應(yīng)中平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，則不能用K不變來判斷化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯誤；

E.容器內(nèi)混合氣體的顏色保持不變，則說明反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變，即達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故E正確；

綜上所述，答案為AE；

（2）設(shè)容器內(nèi)二氧化氮與氧氣分別為2mol、1mol，達平衡態(tài)時，氧氣轉(zhuǎn)化了xmol，則可列三段式為：

平衡時平均摩爾質(zhì)量為36.8g/mol，則有，解得x=0.5，則NO、O2、NO2的物質(zhì)的量分數(shù)分別為0.4、0.2、0.4，同溫同體積，根據(jù)壓強之比等于物質(zhì)的量之比，有，代入x，解得a=62.5，根據(jù)平衡常數(shù)公式有；因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度時，反應(yīng)速率會加快，平衡逆向移動，平均摩爾質(zhì)量會減小，容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量隨反應(yīng)時間的變化趨勢圖為，故答案為：0.08；；

（3）=生成物標準摩爾生成焓之和-反應(yīng)物標準摩爾生成焓之和=-280kJmol-1×2-90kJmol-1×2=-740kJmol-1，故答案為：-740kJmol-1；

（4）相同條件下，硫酸鈣的溶解度小于亞硫酸鈣的溶解度，亞硫酸鈣可轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，對于反應(yīng)CaSO3(s)Ca2+(aq)+SO32-(aq)，加入Na2SO4溶液時，SO42-結(jié)合部分Ca2+，使其平衡向正反應(yīng)方向移動，c(SO32-)增大，吸收NO2的速率增大，故答案為：對于反應(yīng)CaSO3(s)Ca2+(aq)+SO32-(aq)，加入Na2SO4溶液時，SO42-結(jié)合部分Ca2+，使其平衡向正反應(yīng)方向移動，c(SO32-)增大，吸收NO2的速率增大；

（5）由電解原理可知，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，則一氧化氮轉(zhuǎn)化為硝酸根，其電極方程式為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，故答案為：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。