Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO₂的一種方法是利用氨氣催化還原法將NO₂還原為N₂．反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移1.2mol電子，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

 

L．
（2）處理NOx的另一種方法是利用甲烷催化還原NOx．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（3）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
①若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示．若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

 

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．
②20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件可能是

 

（填序號(hào)）．
A．加入催化劑　          B．降低溫度　 C．縮小容器積　        D．增加CO₂的量
（4）設(shè)想以如圖所示裝置用電化學(xué)原理去除SO₂并生產(chǎn)硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應(yīng)式

 

．
若通入H₂O的速率為13.4mL?min^-1，為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則左側(cè)SO₂的流入速率（標(biāo)準(zhǔn)狀況）應(yīng)為

 

L?min^-1
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃來消除污染．25℃時(shí)，將amol NH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中的水的電離平衡將

 

（填”正向”“不”或“逆向”）移動(dòng)，所滴加氨水的濃度為

 

mol?L^-1．（NH₃?H₂O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10^-5mol?L^-1）

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)化合價(jià)的變化結(jié)合方程式計(jì)算；
（2）利用已知熱化學(xué)方程式，據(jù)蓋斯定律解答；
（3）①依據(jù)平衡常數(shù)概念列式計(jì)算，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
②依據(jù)平衡移動(dòng)原理解答；
（4）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-；電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根據(jù)方程式計(jì)算，注意硫酸的濃度不變；
（5）依據(jù)同粒子效應(yīng)，一水合氨對(duì)銨根離子水解起到抑制作用；依據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計(jì)算得到氨水濃度．

解答： 解：（1）反應(yīng)6NO₂+8NH₃

催化劑

加熱

7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合價(jià)降低，由+4價(jià)降低到0價(jià)，則6molNO₂參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移24mol電子，所以當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗
NO₂0.3mol，體積為6.72L，故答案為：6.72；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
據(jù)蓋斯定律，（①+②）÷2得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（3）①依據(jù)圖象分析，15分鐘時(shí)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)鉂舛葹?.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
平衡常數(shù)K=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035；若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035═K，平衡不動(dòng)，故答案為：不；
②A、加入催化劑，平衡不移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B、降低溫度，平衡正向移動(dòng)，故B正確；　
C、縮小容器體積，平衡正向移動(dòng)，但不符合圖示，故C錯(cuò)誤；
D、增加CO₂的量，平衡逆向，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（4）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-，負(fù)極電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，1min內(nèi)n（H₂O）=

13.4g

18g/mol

=0.744mol，
設(shè)1min內(nèi)通入xmolSO₂，
則有：

98x

98x+0.744×18

=0.5
x=0.1（mol），
V（SO₂）=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺； 2.24；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．加入氨水溶液抑制銨根離子水解，平衡逆向進(jìn)行；將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依據(jù)電荷守恒計(jì)算可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃?H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2×10^-5 mol?L^-1，設(shè)混合后溶液體積為1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常數(shù)K=

[NH4+]?[OH-]

[NH3?H2O]

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)mol/L

=2×10^-5 mol?L^-1，計(jì)算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案為：逆向；

a

200b

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了氧化還原反應(yīng)的概念判斷，化學(xué)平衡的影響因素分析，原電池原理，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算分析，弱電解質(zhì)溶液中的電離平衡的計(jì)算應(yīng)用，綜合性較大．