Question

【題目】氮氧化物(主要為NO和NO2)是大氣污染物，如何有效地消除氮氧化物污染是目前科學(xué)家們研究的熱點問題之一。

(1)用尿素[CO(NH2)2]吸收氮氧化物是一種可行的方法。

①尿素在高溫條件下與NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化成無毒氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________；用尿素溶液也可吸收氮氧化物，研究表明，氮氧化物氣體中NO的體積分?jǐn)?shù)越大，總氮被還原率越低，可能的原因是______。

②在一個體積固定的真空密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO2和NH3，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)并達(dá)到平衡，混合氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖所示：

則A點的v正(CO2)___________(填“>”“<”或“=”)B點的v逆(H2O)，原因是________________。

(2)已知O3氧化氮氧化物的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H1=akJ·mol－1，NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g)△H2=bkJ·mol－1，6NO2(g)+O3(g)===3N2 O5(g)△H3=c kJ·mol－1，則反應(yīng)4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)的△H=___________kJ·mol－1。

(3)氮氧化物也可用堿溶液吸收。若NO和NO2混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，則該鹽的化學(xué)式為_______；已知常溫下，Ka(HNO2)=5×10－4,則反應(yīng)HNO2(aq)+NaOH(aq)NaNO2(ag)+H2O(1)的平衡常數(shù)K=___________，相同物質(zhì)的量濃度的HNO2、NaNO2混合溶液中，各離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序為___________。

Answer 1

【答案】4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O NO不溶于水，難以與尿素接觸反應(yīng) > 由圖像知，A點是反應(yīng)由起始到平衡的反應(yīng)過程之中，B點反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，此過程中v正逐漸減小，故A點v正(CO2)>B點的v正(CO2)= B點的v逆(CO2)= v逆(H2O) (a+2c-2b) NaNO2 5×1010 c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)

【解析】

(1)①尿素在高溫條件下與NO2反應(yīng)，氮元素發(fā)生了歸中反應(yīng)，生成氮氣和二氧化碳，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；

隨著NO和NO2配比的提高，NO的量增多，而NO不溶于水，也不與水反應(yīng)，難以與尿素接觸反應(yīng)，造成總氮還原率降低；

②由圖像知，A點是反應(yīng)由起始到平衡的反應(yīng)過程之中，B點反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，此過程中v正逐漸減小，故A點v正(CO2)>B點的v正(CO2)=B點的v逆(CO2)= v逆(H2O)；

（2）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol－1，
②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol－1，

③6NO2(g)+O3(g)===3N2 O5(g) △H3=c kJ·mol－1，

由蓋斯定律，[①-2×②+③×2]×可得：4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)，△H進(jìn)行相應(yīng)的計算；

(3)若NO和NO2混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，說明NO中N元素化合價升高，NO2中N元素化合價降低，產(chǎn)物中N元素化合價為+3價；

根據(jù)平衡常數(shù)K==計算；

相同物質(zhì)的量濃度的HNO2、NaNO2混合溶液中， HNO2的電離大于NO2-的水解，據(jù)此分析離子濃度大小。

(1)①尿素[CO(NH2)2]中氮元素化合價為-3價，而NO2中的氮元素的化合價為+4價，尿素在高溫條件下與NO2反應(yīng)，氮元素發(fā)生了歸中反應(yīng)，生成氮氣和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O；

隨著NO和NO2配比的提高，NO的量增多，而NO不溶于水，也不與水反應(yīng)，難以與尿素接觸反應(yīng)，造成總氮還原率降低，所以氮氧化物氣體中NO的體積分?jǐn)?shù)越大，總氮被還原率越低；

②由圖像知，A點是反應(yīng)由起始到平衡的反應(yīng)過程之中，B點反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，此過程中v正逐漸減小，故A點v正(CO2)>B點的v正(CO2)=B點的v逆(CO2)= v逆(H2O)

則A點的v正(CO2)> B點的v逆(H2O)；

故答案為：4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O；NO不溶于水，難以與尿素接觸反應(yīng)；>；由圖像知，A點是反應(yīng)由起始到平衡的反應(yīng)過程之中，B點反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，此過程中反應(yīng)物的濃度逐漸減小導(dǎo)致v正逐漸減小，故A點v正(CO2)>B點的v正(CO2)= B點的v逆(CO2)= v逆(H2O)；

（2）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol－1，
②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol－1，

③6NO2(g)+O3(g)===3N2 O5(g) △H3=c kJ·mol－1，

由蓋斯定律，[①-②×2+③×2]×可得：4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)，則△H=(a+2c-2b)

kJ/mol，
故答案為：(a+2c-2b)；

(3)若NO和NO2混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，說明NO中N元素化合價升高，NO2中N元素化合價降低，產(chǎn)物中N元素化合價為+3價，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，則該鹽的化學(xué)式為NaNO2；

HNO2(aq)+NaOH(aq)NaNO2(ag)+H2O(1)的離子方程式為HNO2(aq)+OH-(aq)NO2-(ag)+H2O(1)

平衡常數(shù)K====5×1010；

由Ka(HNO2)=5×10－4，知HNO2為弱酸，NO2-的水解常數(shù)Kh===2×10-11，Ka(HNO2)> Kh，

故相同物質(zhì)的量濃度的HNO2、NaNO2混合溶液中， HNO2的電離作用大于NO2-的水解作用，所以各離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序為c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)；

故答案為：5×1010；c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。