Question

2．氮、硫、碳的氧化物有多種，其中SO₂和NO_x都是大氣污染物，對它們的研究有助于空氣的凈化．
（1）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應(yīng)：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁△H₁＜0�。á瘢�
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　          K₂△H₂＜0�。á颍�
4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
（2）為研究不同條件對反應(yīng)（Ⅱ）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應(yīng)（II）達(dá)到平衡．測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，NO的轉(zhuǎn)化率α₁=75%．其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．某研究小組在實驗室以Ag^-ZSM-5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的情況如圖1．

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在870℃左右．
②NO₂尾氣常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和 NaNO₂．已知NO₂^-的水解常數(shù)K=2×10^-11mol•L^-1，常溫下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH為5，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為50
（4）利用圖2所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂．陽極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成．該反應(yīng)的離子方程式為4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O
（5）消除汽車尾氣，可以通過反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．如圖3表示在其他條件不變時，NO的濃度c（NO）]隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線．
①該反應(yīng)的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
②若催化劑的表面積S₁＞S₂，在右圖中畫出c（NO） 在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線（并作相應(yīng)標(biāo)注）．
（6）某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究SO₂能否與BaCl₂溶液反應(yīng)生成BaSO₃沉淀．查閱資料得知常溫下BaSO₃的K_SP為5.48×10^-7，飽和亞硫酸中c（SO₃^2-）=6.3×10^-8 mol•L^-1． 將0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液滴入飽和亞硫酸中，不能 （填“能”或“不能”）生成BaSO₃沉淀，原因是若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7 （請寫出必要的推斷過程）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)為①的平衡常數(shù)平方與②的商；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式計算參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量，進(jìn)而計算NO的轉(zhuǎn)化率；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達(dá)平衡時壓強比起始壓強小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動；
（3）①若NO分解為放熱反應(yīng)，升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO分解率會降低；
在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，控制的最佳溫度應(yīng)是NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率最大溫度；
②NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，據(jù)此計算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成，無害氣體為氮氣；
（5）①．溫度T₂到達(dá)平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②．催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同；
（6）計算濃度積Qc=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-），與溶度積Ksp（BaSO₃）比較判斷．

解答 解：（1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式可知參加反應(yīng)NO物質(zhì)的量為0.15mol，則NO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，到達(dá)平衡時壓強比起始壓強小，其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，故轉(zhuǎn)化率α₂＞α₁，
故答案為：75%；＞；
（3）①升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，可能是NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行，
由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率接近為100%，故最佳溫度為870℃，
故答案為：NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；870℃；
②常溫下某NaNO₂和 HNO₂ 混合溶液的PH為5，則溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，NO₂^-的水解常數(shù)K=$\frac{c（HN{O}_{2}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=2×10^-11mol•L^-1，則混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值為$\frac{c（O{H}^{-}）}{2×1{0}^{-11}}$=50，
故答案為：50；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是二氧化硫被氧化為硫酸根，陽極電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，與二氧化氮發(fā)生轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成，無害氣體為氮氣，反應(yīng)離子方程式為：4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；4S₂O₄^2-+6NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+3N₂+4H₂O；
（5）①．溫度T₂到達(dá)平衡的時間短，反應(yīng)速率快，故溫度T₂＞T₁，溫度越高，平衡時NO的濃度越高，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②．催化劑的表面積S₁＞S₂，則催化劑S₁到達(dá)平衡的時間比催化劑S₂短，催化劑不影響平衡移動，平衡時NO的濃度相同，故c（NO） 在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為：，故答案為：；
（6）若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6.3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）=0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7，故不能析出BaSO₃沉淀，
故答案為：不能；若溶液中c（Ba²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（SO₃^2-）=6，3×10^-8mol•L^-1，其濃度積Q=c（Ba²⁺）×c（SO₃^2-）＜0.1×6.3×10^-8=6.3×10^-9＜Ksp（BaSO₃）=5.48×10^-7．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)、水解常數(shù)、電解原理應(yīng)用、溶度積應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等．