Question

19．碳和氮的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．
（1）在一恒溫、恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：Ni （s）+4CO（g）$?_{180～200℃}^{50～80℃}$Ni（CO）₄（g），△H＜0．利用該反應(yīng)可以將粗鎳轉(zhuǎn)化為純度達(dá)99.9%的高純鎳．下列說法正確的是C（填字母編號）．
A．增加Ni的量可提高CO的轉(zhuǎn)化率，Ni的轉(zhuǎn)化率降低
B．縮小容器容積，平衡右移，△H減小
C．反應(yīng)達(dá)到平衡后，充入CO再次達(dá)到平衡時，CO的體積分?jǐn)?shù)降低
D．當(dāng)4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）時或容器中混合氣體密度不變時，都可說明反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)
（2）CO與鎳反應(yīng)會造成含鎳催化劑的中毒．為防止鎳催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂將CO氧化，二氧化硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫．
已知：CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1
則SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H=（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1．
（3）對于反應(yīng)：2NO（g）+O₂?2NO₂（g），向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他條件相同時，分別測得NO的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)（p₁、p₂）下隨溫度變化的曲線（如圖1）．
①比較p₁、p₂的大小關(guān)系：p₂＞p₁．
②700℃時，在壓強(qiáng)為p₂時，假設(shè)容器為1L，則在該條件平衡常數(shù)的數(shù)值為$\frac{1}{144}$L/mol（最簡分?jǐn)?shù)形式）．
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理如圖2所示．該電池在使用過程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．若該燃料電池使用一段時間后，共收集到20mol Y，則理論上需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為224L．

Answer 1

分析 （1）A．增加Ni的量不影響平衡移動；
B．縮小容器容積，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動，但焓變不變；
C．反應(yīng)達(dá)到平衡后，充入CO再次達(dá)到平衡時，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)；
D．同一物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等或反應(yīng)體系中改變的物理量不變時，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
（2）CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1①
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1②
將方程式2①-②得SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（3）①相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大；
②該反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
開始（mol/L）10         10    0
反應(yīng)（mol/L）10×0.2=2 1    2
平橫（mol/L）8           9     2
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．c（{O}_{2}）}$；
（4）據(jù)題意，根據(jù)通入氣體判斷兩極，電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式，根據(jù)電池總反應(yīng)4NO₂+O₂=2N₂O₅，求出消耗O₂的量．

解答 解：（1）A．Ni是固體，增加Ni的量不影響平衡移動，所以CO的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．縮小容器容積，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動，焓只與化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，方程式不變，則焓變不變，故B錯誤；
C．反應(yīng)達(dá)到平衡后，充入CO再次達(dá)到平衡時，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．當(dāng)4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）時，反應(yīng)速率方向一致，不能判斷平衡狀態(tài)，但反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量改變、容器體積不變，所以反應(yīng)前后容器中混合氣體密度改變，當(dāng)容器中混合氣體密度不變時，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選C；
（2）CO （g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO₂（g）△H=-Q₁ kJ•mol^-1①
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-Q₂ kJ•mol^-1②
將方程式2①-②得SO₂（g）+2CO （g）═S（s）+2CO₂（g）△H=（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1，
故答案為：（Q₂-2Q₁）kJ•mol^-1；
（3）①相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，相同溫度下P₁到P₂，NO轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動，則p₂＞p₁，故答案為：p₂＞p₁；
②該反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），
開始（mol/L）10         10    0
反應(yīng)（mol/L）10×0.2=2 1    2
平橫（mol/L）8           9     2
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．c（{O}_{2}）}$=$\frac{{2}^{2}}{{8}^{2}×9}$L/mol=$\frac{1}{144}$L/mol，
故答案為：$\frac{1}{144}$L/mol；
（4）據(jù)題意，通O₂一極為正極，電極反應(yīng)式為O₂+2N₂O₅+4e^-=4NO₃^-；通NO₂一極為負(fù)極，電極反應(yīng)為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，根據(jù)電池總反應(yīng)4NO₂+O₂=2N₂O₅，收集到20molN₂O₅需消耗O₂為10mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為224L．
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；  224．

點評 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計算、原電池原理、化學(xué)平衡影響因素、蓋斯定律等知識點，為高考常考查點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷、計算及知識綜合運用能力，注意：固體或純液體不影響平衡移動，難點是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．