Question

12．隨著人們生活水平的提高，環(huán)境保護意識越來越強，其中某些含碳、氮的化合物是環(huán)境污染的罪魁禍首．

（1）科學家研究消除和利用CO的問題．
①他們發(fā)現(xiàn)，在一定條件下氫氣能把CO轉(zhuǎn)化成CH₄：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H＜0．現(xiàn)在恒容密閉容器里按體積比為1：3充入CO和H₂，一段時間后反應達到平衡狀態(tài)．當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是AC．
A．正反應速率先增大后減小   B．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
C．化學平衡常數(shù)K值增大     D．反應物的體積百分含量增大
上述反應達到平衡后，改變條件，既能同時增大正、逆反應速率又能使平衡逆向移動的措施是升高溫度．
②他們還成功制成了CO一空氣堿性（KOH為電解質(zhì)）燃料電池，則此電池的負極反應式為CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（2）汽車尾氣中含大量NO，研究表明，可將NO通過下列方法轉(zhuǎn)化成無毒氣體
①在200℃、有催化劑存在時，H₂可將NO還原為N₂和生成1mol水蒸氣時的能量變化如圖1，寫出該反應的熱化學方程式2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1．（△H用含E₁、E₂、E₃等的式子表示）
②某溫度下，在2L密閉容器中充入各0.4mol的NO、CO進行反應：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，測得NO物質(zhì)的量變化如圖2所示：第6分鐘繼續(xù)加入0.2mol NO、0.2mol CO、0.2mol CO₂和0.3mol N₂，請在圖2中畫出到9分鐘末反應達到平衡時NO的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線．
（3）NaCN有劇毒，易造成水污染．常溫下，0.1mol/L的NaCN溶液pH為11.0，原因是CN^-+H₂O?HCN+OH^-（用離子方程式表示）；則HCN的電離常數(shù)Ka=10^-9．

Answer 1

分析 （1）①當正逆反應速率不相等時，化學平衡會向著正方向或是逆方向進行；升溫，化學反應速率加快，平衡向吸熱方向移動，即逆方向移動；
②燃料電池的負極失去電子發(fā)生氧化反應，一氧化碳失去電子，化合價升高，被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質(zhì)溶液氫氧化鉀反應生成碳酸鉀和水；
（2）①根據(jù)能量變化圖，反應熱=生成物具有的能量-反應物具有的能量，再根據(jù)熱化學反應方程式的書寫解答；
②第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根據(jù)Qc=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$計算，然后比較Qc與K的大小關系判斷移動方向，再作圖；
（3）NaCN是強堿弱酸鹽，CN^-水解后呈堿性，CN^-+H₂O?HCN+OH^-，計算水解平衡常數(shù)K_h，再根據(jù)Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$計算．

解答 解：（1）①化學平衡的標志是正逆反應速率相等，當逆反應速率大于正反應速率時，說明反應是逆向進行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；改變條件，既能同時增大正、逆反應速率又能使平衡逆向移動的措施是：升高溫度，化學反應速率加快，平衡向吸熱方向移動，即逆方向移動，
A．正反應速率先增大后減小，說明反應正向進行，故A正確；
B．平衡逆向進行氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．化學平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向進行，故C正確；
D．反應物的體積百分含量增大，可能逆向進行，也可能正向進行，不能說明反應正向進行，故D錯誤；
故答案為：AC；升高溫度；
②燃料電池的負極失去電子發(fā)生氧化反應，一氧化碳失去電子，化合價升高，被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質(zhì)溶液氫氧化鉀反應生成碳酸鉀和水，電極反應式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①一定條件下H₂還原NO生成N₂和1mol水蒸氣，依據(jù)能量變化圖可知反應放熱，反應焓變△H=E₁-E₂，反應熱與反應物計量數(shù)成正比關系，
所以該熱化學方程式為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1；
②已知反應為2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密閉容器中充入NO、CO各0.4mol，達到平衡時NO為0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4      0.4       0      0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
平衡（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
則K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}×（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}×（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}}$=5；
第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，則c（NO）=（0.2mol+0.2mol）÷2L=0.2mol/L，c（CO）=（0.1mol+0.3mol）÷2L=0.2mol/L，
c（N₂）=（0.1mol+0.3mol）÷2L=0.2mol/L，c（CO₂）=（0.2mol+0.2mol）÷2L=0.2mol/L，
Qc=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=5=K，說明是平衡狀態(tài)，所以第6分鐘繼續(xù)加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡狀態(tài)，但是NO的物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉淼?倍，作圖為；
故答案為：；
（3）NaCN是強堿弱酸鹽，CN^-水解后呈堿性，CN^-+H₂O?HCN+OH^-，常溫下，0.1mol/L的NaCN溶液pH為11.0，故K_h=$\frac{c（O{H}^{-}）×c（HCN）}{c（C{N}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-3}×1{0}^{-3}}{0.1-1{0}^{-3}}$=10^-5，則HCN的電離常數(shù)Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9，
故答案為：CN^-+H₂O?HCN+OH^-；10^-9．

點評 本題考查化學反應速率與化學平衡移動問題，化學平衡常數(shù)及影響因素、意義，反應熱的計算等，難度中等，本題注意分析圖象曲線的變化趨勢，側(cè)重于考查學生的讀圖能力和分析能力，注意利用鹽的水解平衡常數(shù)和水的離子積常數(shù)換算．