Question

3．近年來，霧霾頻發(fā)，重污染天氣頻現(xiàn)，控制大氣污染迫在眉睫．二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_x）等是主要大氣污染物，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用氨氣非催化還原法將NO_x還原為N₂．已知還原1molNO約放出451.7kJ的熱量，同時(shí)生成氣態(tài)水，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-2710.2kJ•mol^-1．
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物，其反應(yīng)為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．某研究小組向密閉的真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì)）加入NO和足量的活性炭，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如表：

濃度/mol•L-1 時(shí)間/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
10	0.58	0.21	0.21
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

①10min～20min以v（CO₂）表示的平均反應(yīng)速率為0.009mol•（L•min）^-1．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算T₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=0.56（保留兩位小數(shù)）．
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率將不變�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ安蛔儭被颉皽p小”）．
④下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是c、d�。ㄌ钚蛱�(hào)字母）；
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
b．2v_正（NO）=v_逆（N₂）
c．容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變　　　　　　　　　　　　　
d．混合氣體的密度保持不變
⑤恒溫恒容時(shí)，30min末改變某一條件，一段時(shí)間后反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是減小CO₂的濃度．請(qǐng)?jiān)趫D1中畫出30min至40min的變化曲線．
（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（4）全釩氧化還原液流電池是目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池．該電池的原理可用如圖2所示裝置示意，溶液中c（H⁺）=2.0mol•L^-1，陰離子為SO₄^2-，a、b均為惰性電極，充電時(shí)右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙�．則該電池充電時(shí)b極接直流電源的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），a極的電極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．若假設(shè)溶液溫度、體積沒有變化，則放電時(shí)右槽溶液的pH將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）氨氣與一氧化氮反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，依�?jù)還原1molNO約放出451.7kJ的熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△C}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
②依據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到20分鐘時(shí)，反應(yīng)物、生成物濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算平衡常數(shù)；
③此反應(yīng)特點(diǎn)是前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，增大NO的濃度相當(dāng)于加壓，考慮壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響；
④依據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的實(shí)質(zhì)是正逆反應(yīng)速率相等，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷；
⑤依據(jù)圖表數(shù)據(jù)變化分析，30min末一氧化氮和二氧化碳濃度減小，氮?dú)鉂舛仍龃�，結(jié)合計(jì)算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；改變的條件可能是減小二氧化碳濃度，據(jù)此畫出圖象；
（3）三價(jià)鐵離子具有強(qiáng)的氧化性，能夠氧化二氧化硫生成硫酸根離子，已經(jīng)得失電子守恒寫出反應(yīng)離子方程式；
（4）依據(jù)電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時(shí)右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙�，則V³⁺得到電子發(fā)生氧化反應(yīng)變?yōu)閂²⁺，左槽電極發(fā)生還原反應(yīng)，VO²⁺+得到電子生成VO₂⁺；
放電時(shí)，裝置為原電池，右槽a電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，消耗氫離子；

解答 解：（1）氨氣與一氧化氮反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，還原1molNO約放出451.7kJ的熱量，則消耗6molNO放熱的熱量為27110.2kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：4NH₃（g）+6NO （g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-2710.2kJ•mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+6NO （g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-2710.2kJ•mol^-1；
（2）①10min～20min以v（CO₂）=$\frac{△C}{△t}$=$\frac{0.09mol/L}{10min}$=0.009mol•（L•min）^-1；
故答案為：0.009mol•（L•min）^-1；
②依據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知20分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡時(shí)各物質(zhì)濃度，C（NO）=0.40mol•（L•min）^-1；    C（N₂）=0.30mol•（L•min）^-1；  C（CO₂）=0.30mol•（L•min）^-1；
平衡常數(shù)K=$\frac{C（{N}_{2}）C（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.4×0.4}$=0.56；
故答案為：K=0.56；
③此反應(yīng)特點(diǎn)是前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，增大NO的濃度相當(dāng)于加壓，加壓對(duì)平衡無影響，故NO的轉(zhuǎn)化率不變，
故答案為：不變；
④C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，
a．反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中和反應(yīng)平衡狀態(tài)壓強(qiáng)相同，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，當(dāng)v_正（NO）=2v_逆（N₂），反應(yīng)達(dá)到平衡，故b錯(cuò)誤；
c．容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c正確；
d．混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，反應(yīng)中碳是固體，平衡移動(dòng)氣體質(zhì)量變化，體積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d正確；
故選：cd；
⑤30min時(shí)改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算得到c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；K=$\frac{C（{N}_{2}）C（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）}$=$\frac{0.34×0.17}{0.32×0.32}$=0.56，化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃螅�二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以減小二氧化碳濃度，平衡正向進(jìn)行的結(jié)果；依據(jù)二氧化碳濃度減小在圖象中畫出濃度變化如圖所示，作圖要點(diǎn)：①起點(diǎn)在30min時(shí)V_逆（CO₂）的一半左右；②終點(diǎn)不超過30min時(shí)V_逆（CO₂），則圖象為，
故答案為：減小CO₂ 的濃度；；
（3）30min時(shí)改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；則平衡常數(shù)K=$\frac{C（{N}_{2}）C（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）}$=$\frac{0.34×0.17}{0.32×0.32}$=0.56，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃�，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以減小二氧化碳濃度，平衡正向進(jìn)行的結(jié)果，
故答案為：減小二氧化碳濃度；
（4）充電時(shí)右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙�，則V³⁺得到電子發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)閂²⁺，電解池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽極，與電源的正極相連，發(fā)生還原反應(yīng)的極為陰極，與電源負(fù)極相連，所以b極接直流電源的負(fù)極；
a極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式為：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺；
放電時(shí)，裝置為原電池，右槽a電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，消耗氫離子，溶液的pH值變大；
故答案為：負(fù)極；VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；增大．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了熱化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、原電池、電解池工作原理，題目難度較大，熟悉相關(guān)知識(shí)是解題關(guān)鍵．