Question

【題目】氮元素的化合物種類繁多，性質(zhì)也各不相同。請(qǐng)回答下列問題：

（1）NO2有較強(qiáng)的氧化性，能將SO2氧化成SO3，自身被還原為NO，已知下列兩反應(yīng)過程中能量變化如圖1、圖2所示，則NO2氧化SO2生成SO3(g)的熱化學(xué)方程式為____。

（2）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在實(shí)驗(yàn)室中用足量的Fe粉還原KNO3溶液（pH =2.5）。反應(yīng)過程中溶液中相關(guān)離子的質(zhì)量濃度、pH隨時(shí)間的變化曲線（部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去）如圖3所示。請(qǐng)根據(jù)圖3中信息寫出min前反應(yīng)的離子方程式____。

（3）研究人員用活性炭對(duì)汽車尾氣中的NO進(jìn)行吸附，發(fā)生反應(yīng)C(s) +2NO(g)N2(g) +CO2(g) H<0。在恒壓密閉容器中加入足量的活性炭和一定量的NO氣體，反應(yīng)相同時(shí)間時(shí)，測得NO的轉(zhuǎn)化率(NO)隨溫度的變化如圖4所示：

①由圖4可知，溫度低于1 050 K時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，原因是__；溫度為1050 K時(shí)CO2的平衡體積分?jǐn)?shù)為__。

②對(duì)于反應(yīng)C(s) +2NO(g)N2(g)+CO2(g)的反應(yīng)體系，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，其中為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)（1×105Pa），、和為各組分的平衡分壓，如=·，為平衡總壓，為平衡系統(tǒng)中 NO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。若NO的起始物質(zhì)的量為1 mol，假設(shè)反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，NO的平衡轉(zhuǎn)化率為，則=__（用含的最簡式表示）。

（4）利用現(xiàn)代手持技術(shù)傳感器探究壓強(qiáng)對(duì)2NO2 (g)N2O4(g)平衡移動(dòng)的影響。在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)條件下，往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞位置不變。分別在s、s時(shí)迅速移動(dòng)活塞后并保持活塞位置不變，測定針筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化如圖5所示。

①B、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率大小為__（填“ > ”“ < ”或“ =”）。

②E、F、G、H四點(diǎn)對(duì)應(yīng)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量最大的點(diǎn)為__。

Answer 1

【答案】NO2(g)＋SO2(g)=SO3(g)＋NO(g) △H=－41.8kJ·mol－1 4Fe＋NO3－＋10H＋=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O 溫度低于1050K時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大 40% > H

【解析】

(1)根據(jù)圖1和圖2中的信息，可得熱化學(xué)方程式①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) △H1=－196.6kJ·mol－1，②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) △H2=－113.0kJ·mol－1，(反應(yīng)①－反應(yīng)②)可得NO2氧化SO2的反應(yīng)方程式，NO2(g)＋SO2(g)=NO(g)＋SO3(g) △H=(△H1－△H2)=[－196.6kJ·mol－1－(－113.0kJ·mol－1)]=－41.8kJ·mol－1，則NO2氧化SO2生成SO3(g)的熱化學(xué)方程式為NO2(g)＋SO2(g)=SO3(g)＋NO(g)△H=－41.8kJ·mol－1；

(2)根據(jù)圖像，t1min前，溶液為酸性，反應(yīng)后pH快速增大，NO3－的量在減小，而Fe2＋和NH4＋的量在增加，說明Fe和NO3－反應(yīng)生成Fe2＋和NH4＋，離子方程式為4Fe＋NO3－＋10H＋=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O；

(3)①溫度低于1050K時(shí)，溫度較低，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，平衡向正反應(yīng)反應(yīng)移動(dòng)，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，NO的轉(zhuǎn)化率增大；平衡時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化為80%。假設(shè)通入NO的物質(zhì)的量為xmol，利用三等式，有：

則CO2的體積分?jǐn)?shù)為；

②若NO的起始物質(zhì)的量為1mol，假設(shè)反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，NO的平衡轉(zhuǎn)化率為α，根據(jù)三等式，有：

NO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，同理N2和CO2的體積分?jǐn)?shù)分別為0.5α、0.5α；則；

(4)在針筒中，體積越小，壓強(qiáng)越大，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)。

①體積越小，各物質(zhì)的濃度越大，反應(yīng)速率越大，B點(diǎn)的壓強(qiáng)大，E點(diǎn)的壓強(qiáng)小，那么B點(diǎn)各物質(zhì)的濃度大，化學(xué)反應(yīng)速率快，則有vB>vE；

②平均相對(duì)分子質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量守恒，總質(zhì)量m不變，則n越小，平均相對(duì)分子質(zhì)量越大。反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，n會(huì)變小，則反應(yīng)正向進(jìn)行得越多，平均相對(duì)分子質(zhì)量越大；E點(diǎn)到F點(diǎn)的過程為壓縮體積的過程，壓強(qiáng)瞬時(shí)變大，F到H為壓縮體積，平衡正向移動(dòng)的過程，H達(dá)到平衡，則H點(diǎn)，物質(zhì)的總物質(zhì)的量n最小，平衡摩爾質(zhì)量最大。