Question

1．隨著大氣污染的日趨嚴重，“低碳減排”備受關(guān)注，研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）圖1是在101kP_a，298k條件下1mol　NO₂和1mol　CO反應(yīng)生成1mol　CO₂和1mol　NO過程中能量變化示意圖．已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
請寫出NO（g）與CO反應(yīng)生成無污染氣體的化學方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol．
（2）將0.20molNO和0.10molCO充入一個容積恒定為1L的密閉容器中發(fā)生如圖所示的反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡時，生成了0.02molCO₂．
①下列說法正確的是abc．（填序號）
a．容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化說明該反應(yīng)達到平衡
b．當向容器中加再充入0.20mol　NO時，平衡向正反應(yīng)方向移動，K不變
c．升高溫度后，K值減小，NO的轉(zhuǎn)化率減小
d．向該容器內(nèi)充入He氣，壓強增大，反應(yīng)速率增大
②反應(yīng)達到平衡時，若保存溫度不變，此時再向容器中充入CO₂、NO各0.060mol，平衡將逆向移動（填“正向”、“逆向”或“不”）
（3）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
例如：CH₄+2NO₂=N₂+CO₂+2H₂O，當生成14gN₂時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目是2.408×10²⁴
②將煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的．如圖2是通過人工光合作用，以CO₂（g）和H₂O（g）為原料制備HCOOH和O₂的原理示意圖．催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

③25℃時，部分物質(zhì)的電離平衡常數(shù)如圖所示：

化學式	HCOOH	H2CO3	HCIO
電離平衡常數(shù)	1.77×10-4	Ki1=4.3×10-7 Ki2=5.6×10-11	3.0×10-10

請回答下列問題：
同濃度的HCOO^-、HCO₃^-、CO₃^2-、ClO^-結(jié)合H⁺的能力有強到弱的順序是CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-，物質(zhì)的量濃度均為0.1mol•L^-1的下列四種物質(zhì)的溶液：a、Na₂CO₃；b、NaClO；c、HCOONa；d、NaHCO₃，pH由小到大的順序是c＜d＜b＜a（填編號）

Answer 1

分析 （1）由圖1，可得熱化學方程式：①．2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②．N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），焓變也進行相應(yīng)的計算；
（2）發(fā)生反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂
①a．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，隨反應(yīng)進行容器內(nèi)氣體壓強減小，容器內(nèi)壓強不變，說明到達平衡；
b．增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動，化學平衡常數(shù)只受溫度影響；
c．升高溫度后，K值減小，說明平衡逆向進行；
d．向該容器內(nèi)充入He氣，總壓增大，氣體分壓不變，所以反應(yīng)速率不變；
②根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（NO）}$計算平衡常數(shù)，再計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行方向；
（3）①反應(yīng)中化合價降低的元素只有N元素，其化合價由+4降低為0計算，計算生成氮氣的物質(zhì)的量，進而計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；
②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH；
③電離平衡常數(shù)越大，酸性越強，電離平衡常數(shù)越小，其對應(yīng)酸根離子結(jié)合H⁺能力越強，水解程度越大，堿性越強．

解答 解：（1）由圖1可得熱化學方程式：2NO₂（g）+4CO（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=2×[-（368-134）KJ/mol]=-468KJ/mol；
已知：②．N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
③．2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，（③+①-②）可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-112.3kJ/mol-468kJ/mol-112.3=-759.8KJ/mol，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-759.8KJ/mol；
（2）發(fā)生反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂，
①a．正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，隨反應(yīng)進行，容器內(nèi)壓強減小，當容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，說明該反應(yīng)達到平衡，故a正確；
b．當向容器中加再充入0.20mol NO時，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)只受溫度影響，K值不變，故b正確；
c．升高溫度后，K值減小，說明平衡逆向進行，NO的轉(zhuǎn)化率減小，故c正確；
d．向該容器內(nèi)充入He氣，總壓增大，反應(yīng)氣體分壓不變，濃度不變，所以反應(yīng)反應(yīng)速率不變，故d錯誤；故選：abc；
②由圖可知，平衡狀態(tài)下物質(zhì)的濃度為c（CO）=0.06mol/L，c（NO）=0.16mol/L，c（N₂）=0.02mol/L，故平衡時c（CO₂）=2c（N₂）=0.04mol/L，則該溫度下K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.02×0.0{4}^{2}}{0.1{6}^{2}×0.1{6}^{2}}$≈0.0488；
若保持溫度不變，此時再向容器中充入CO₂、NO各0.060mol，濃度商Qc=$\frac{0.02×（0.04+0.06）}{（0.16+0.06）^{2}×0.1{6}^{2}}$≈0.16＞K=0.0488，平衡逆向進行，
故答案為：逆向；
（3）①14gN₂的物質(zhì)的量為$\frac{14g}{28g/mol}$=0.5mol，反應(yīng)中化合價降低的元素只有N元素，其化合價由+4降低為0，故轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.5mol×2×4×6.02×10²³mol^-1=2.408×10²⁴，
故答案為：2.408×10²⁴；
②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應(yīng)式為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
③電離平衡常數(shù)越大，酸性越強，電離平衡常數(shù)越小，其對應(yīng)酸根離子結(jié)合H⁺能力越強，水解程度越大，堿性越強，故結(jié)合H⁺的能力有強到弱CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-，溶液堿性Na₂CO₃＞NaClO＞NaHCO₃＞HCOONa，pH由小到大的順序是c＜d＜b＜a，
故答案為：CO₃^2-＞ClO^-＞HCO₃^-＞HCOO^-；c＜d＜b＜a．

點評 本題比較綜合，涉及熱化學方程式書寫、化學平衡移動與影響因素、平衡常數(shù)影響因素及應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)計算、電極反應(yīng)式書寫、電離平衡常數(shù)應(yīng)用等，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)，題目難度中等．