Question

【題目】氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的重要原因。人們研究了諸多有關(guān)氮氧化物的性質(zhì)，請(qǐng)回答下列問題：

（1）處理 NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

CH4 (g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

CH4 (g)+4NO(g) = 2N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次為三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)，則K3=______（用K1、K2表示）

（2）在恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO和NO，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)，測(cè)得NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①則該反應(yīng)的△H ________0（填“﹤”“﹥”或“=”）。

②對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡分壓強(qiáng) p(B)代替物質(zhì)的量濃度 c(B) 也可表示平衡常數(shù)kp，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式kp=________，如果p1 =1.65MPa，求a點(diǎn)的平衡常數(shù)kp =_________（MPa）1 (結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

③為探究速率與濃度的關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，粗略繪制了2條速率—濃度關(guān)系曲線: v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )

則：與曲線 v正~c(NO)相對(duì)應(yīng)的是圖中曲線________(填“甲”或“乙”)。當(dāng)降低反應(yīng)體系的溫度，反應(yīng)一段時(shí)間后，重新達(dá)到平衡，v正和v逆相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為______(填字母)。

（3）利用電化學(xué)原理，將NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料電池，模擬工業(yè)電解法來處理含Cr2O72的廢水，如圖所示；電解過程中溶液發(fā)生反應(yīng)：Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O。

①甲電池工作時(shí)，Y是氣體，可循環(huán)使用。則石墨I附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為________。乙池中的pH________（填“變大”“變小”或“不變”）。

②工作時(shí)，在相同條件下，甲池內(nèi)消耗的O2和NO2的體積_____。

（4）已知H3PO4為三元酸，Ka1=7.0×103mol·L1，Ka2=6.2×108 mol·L1，Ka3=4.5×1013mol·L 1。則 Na2HPO4水溶液呈________（填“酸”、“中”、“堿”）性，用Ka與Kh的相對(duì)大小，說明判斷理由________________。

Answer 1

【答案】 ﹤ 21.2（MPa）-1 乙 D、H NO2+NO3--e-=N2O5 變大 1：4 堿 Na2HPO4的水解平衡常數(shù)Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故而顯堿性

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律和平衡常數(shù)公式換算可得；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；

②依據(jù)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)書寫即可；由三段式得的物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，帶入公式計(jì)算可得；

③NO是反應(yīng)物，CO2是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行，NO濃度減小，CO2濃度增大，降低反應(yīng)體系的溫度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

（3）①由題給示意圖可知，甲電池工作時(shí)，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負(fù)極；由題給電解方程式可知反應(yīng)中消耗氫離子，溶液的pH變大；

②根據(jù)得失電子守恒計(jì)算可得；

（4）Na2HPO4的電離常數(shù)和水解常數(shù)大小判斷Na2HPO4在水溶液的酸堿性。

（1）將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①②③，由蓋斯定律可知，②×2-①=③，則K3=，故答案為：；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，由圖可知，隨溫度增大，NO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H﹤0，故答案為：﹤；

②由反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式kp=；設(shè)起始CO和NO的物質(zhì)的量為1mol，由題給條件可建立如下三段式：

2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)

起（mol） 1 1 0 0

變（mol） 0.7 0.7 0.35 0.7

平（mol） 0.3 0.3 0.35 0.7

由三段式數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)總物質(zhì)的量為1.65mol，CO、NO、N2和CO2的平衡分壓依次為×1.65MPa、×1.65MPa、×1.65MPa和×1.65Mpa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式kp=≈21.2（MPa）-1，故答案為：；21.2（MPa）-1；

③NO是反應(yīng)物，CO2是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行，NO濃度減小，CO2濃度增大，則由圖可知，與曲線 v正~c(NO)相對(duì)應(yīng)的是圖中曲線乙；降低反應(yīng)體系的溫度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c(NO)減小、c(CO2 )增大，則v正和v逆相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為D和H，故答案為：乙；D、H；

（3）①由題給示意圖可知，甲電池工作時(shí)，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負(fù)極，二氧化氮在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成五氧化二氮，電極反應(yīng)式為NO2+NO3--e-=N2O5；由電解過程中溶液發(fā)生反應(yīng)為Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O可知，反應(yīng)中消耗氫離子，溶液的pH變大，故答案為：NO2+NO3--e-=N2O5；變大；

②燃料電池工作時(shí)，1molO2反應(yīng)中轉(zhuǎn)移4mol電子，根據(jù)得失電子守恒可知，4molNO2轉(zhuǎn)變成N2O5，轉(zhuǎn)移4mol電子，相同狀況下氣體的體積比等于物質(zhì)的量之比，故O2和NO2的體積比為1：4，故答案為：1：4；

（4）Na2HPO4在水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，水解平衡為HPO42—+H2O H2PO4—+OH—，水解平衡常數(shù)Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故溶液顯堿性，故答案為：堿；Na2HPO4的水解平衡常數(shù)Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故而顯堿性。