Question

2．2016年12月京津晉冀出現多次嚴重的霧霾天氣．霧霾中含有大量的氣體污染物，其主要成分是氮的氧化物、一氧化碳和二氧化硫．
回答下列問題：
（1）有機物乙烯可以消除氮的氧化物的污染．
已知：①乙烯的燃燒熱△H=-1411.1KJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180KJ•mol^-1
則乙烯和NO反應的熱化學方程式：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（I）△H=-1951.1KJ•mol^-1
（2）NH₃催化還原可以消除氮的氧化物的污染．
①相同條件下，在固定容積的密閉容器中選用不同的催化劑（a、b、c）發(fā)生反應：：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）反應產生N₂的物質的量濃度隨時間變化如圖1所示．

下列說法錯誤的是B、C （填字母）
A．催化劑的催化效率a＞b＞c
B．X點時，NH₃的化學反應速率為0.5mol•L₂•min^-1
C．達平衡時，使用催化劑c時NO的轉化率最小
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生該反應，當K值不變時，說明反應已經達到平衡
②恒溫恒容下，向容積為1.0L的密閉容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定條件下發(fā)生反應，達到平衡時平衡體系的壓強為反應前壓強的$\frac{22}{21}$倍，則化學平衡常數K=1.0mol•L^-1（保留兩位有效數字）．若上述反應改在恒溫恒壓條件下進行，則反應達到平衡時NH₃的體積分數變小 （填“變大”“變小”或“不變”）．
（3）用圖2的電化學裝置可將霧霾中的SO₂、NO轉化為（NH₄）₂SO₄．鋰錳電池是常用的一次電池．其中電解質是LiClO₄，Li⁺通過電解質遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO₂．
①D電極的名稱為陰極   （填“陰極”“陽極”“正極”或“負極”），M是H₂SO₄（填化學式）
②B電極反應式為MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂
③C電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）所求反應方程式可由已知熱效應的熱化學方程式推導，根據蓋斯定律計算所求反應的焓變；
（2）①A．根據相同時間內，N₂濃度的變化量判斷三種催化劑的催化效率；
B．X點時的化學反應速率是瞬時反應速率，不是平均反應速率；
C．催化劑不改變化學平衡，只改變化學反應速率；
D．化學平衡常數只隨溫度的改變而改變；
②根據理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，分析壓強和混合氣體物質的量之間的關系，結合化學方程式計算化學平衡常數，先假設平衡不移動，再考慮平衡移動的情況對NH₃體積分數的影響；
（3）①D處電極上通入NO反應，NO轉化為（NH₄）₂SO₄，根據N化合價變化分析，結合電極反應分析物質M；
②鋰錳電池是原電池，由Li⁺通過電解質遷移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，根據Mn化合價變化，據此寫出電極反應式；
③電解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C電極處為通入SO₂溶液參加反應，根據電極情況寫出反應的電極反應式．

解答 解：（1）①乙烯的燃燒熱△H=-1411.1kJ/mol，則
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-1411.1kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₂=+180kJ/mol，
所求反應為：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（l），該反應可由①-②×3得到，根據蓋斯定律，該反應的焓變?yōu)椤鱄=△H₁-2△H₂=-1411.1-2×180=-1951.1kJ/mol，
故答案為：-1951.1；
（2）①A．根據相同時間內，N₂濃度的變化量a增長最多，則a的催化效率最高，b次之，c最低，所以催化劑的催化效率a＞b＞c，故A正確；
B．X點時的化學反應速率是瞬時反應速率，不是平均反應速率，因此NH₃的化學反應速率不為0.5mol/（L•min），
故B錯誤；
C．催化劑不改變化學平衡，只改變化學反應速率，到達平衡時，三種催化劑作用下的反應平衡時各組分濃度一樣，故C錯誤；
D．化學平衡常數只隨溫度的改變而改變，若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生該反應，當K值不變時，說明反應已經達到平衡，故D正確．
故答案為：B、C；
②根據理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，恒溫恒容下，向容積為1.0L的密閉容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定條件下發(fā)生反應，達到平衡時平衡體系的壓強為反應前壓強的$\frac{22}{21}$倍，則$\frac{22}{21}$=$\frac{n（平）}{n（起始）}=\frac{n（平）}{1.8mol+2.4mol}$，則n（平）=$\frac{352}{105}$mol，反應的反應為：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g），設反應轉化了NH₃的物質的量為4xmol，則平衡時有1.8-4x+2.4-6x+5x+6x=4.6，解得x=0.2，則平衡時容器中各組分的濃度為c（NH₃）=$\frac{1.8-4x}{1}$=1mol/L，c（NO）=$\frac{2.4-6x}{1}$=1.2mol/L，c（N₂）=$\frac{5x}{1}$=1mol/L，c（H₂O）=$\frac{6x}{1}$=1.2mol/L，則化學平衡常數K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{6}（NO）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$=1.0mol/L，
若上述反應改在恒溫恒壓條件下進行，由于反應是氣體數增多的反應，隨著反應反應，容器內壓強增大，若平衡不移動，則平衡時NH₃的體積分數，恒壓裝置平衡時容器氣體積大于恒容裝置，則恒壓裝置相當于恒容裝置在平衡的基礎上減壓，則反應向加壓方向進行，因此反應達到平衡時NH₃的體積分數變小，
故答案為：1.0；變��；
（3）①D處電極上通入NO反應，NO轉化為（NH₄）₂SO₄，N的化合價從+2價降低為-3價，此過程得到電子，因此D電極為電解池陰極，反應過程中產生H⁺，則可推測M產物為H₂SO₄，
故答案為：陰極；H₂SO₄；
②鋰錳電池是原電池，由Li⁺通過電解質遷移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，Mn化合價降低，此過程為得到電子的反應，則MnO₂電極是原電池正極，則B電極的電極反應為：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂，
故答案為：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂；
③電解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C電極處為通入SO₂溶液參加反應，C電極為電解池陽極，發(fā)生的反應為物質失去電子，發(fā)生氧化反應，則C電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，化學平衡的移動，化學平衡常數的計算，催化劑的作用，電化學知識，電極反應式的書寫，需注意燃燒熱對應的產物是穩(wěn)定的參考物質，H₂（g）變成H₂O（l），不是H₂O（g），這是易錯點，涉及的知識點均為高頻考點，題目難度中等．