Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，“節能減排”，減少全球溫室氣體排放，研究NO_x、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。
（1）下圖是在101kP_a，298k條件下1mol NO₂和1mol CO反應生成1mol CO₂和1mol NO過程中能量變化示意圖。

已知：① N₂（g）+O₂（g）＝2NO（g） △H=+179.5kJ/mol
② 2NO（g）+O₂（g）＝2NO₂（g）  △H=-112.3kJ/mol
則在298k時，反應：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)的△H＝       。
（2）將0.20mol NO₂和0.10molCO充入一個容積恒定為1L的密閉容器中發生反應，在不同條件下，反應過程中部分物質的濃度變化狀況如圖所示。

①下列說法正確的是          。（填序號）
a.容器內的壓強不發生變化說明該反應達到平衡
b.當向容器中加再充入0.20mol NO時，平衡向正反應方向移動，K值增大
c.升高溫度后，K值減小，NO₂的轉化率減小
d.向該容器內充入He氣，反應物的體積減小，濃度增大，所以反應反應速率增大
②計算產物NO在0～2min時平均反應速率v(NO)=    mol·L^-1·min^-1；
③第4min時改變的反應條件為     （填“升溫”、“降溫”）；
④計算反應在第6min時的平衡常數K=     。若保持溫度不變，此時再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡將     移動（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）有學者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO₂轉化為重要的化工原料。其負極的反應式為     ，當有0.25molSO₂被吸收，則通過質子（H⁺）交換膜的H⁺的物質的量為      。

（4）CO₂在自然界循環時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²。現將2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液與一定濃度的CaC1₂溶液等體積混合生成沉淀，計算應加入CaC1₂溶液的最小濃度為      。

Answer 1

（16分）（1）－759.8kJ/mol （2分） （2）①C （2分） ②0.015 （2分） ③升溫 （2分）
④1/36 （2分） 逆向 （1分） （3）SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋ （2分） 0.5mol （2分）
（4）5.6×10^－5mol/L （2分）

解析試題分析：（1）根據圖像可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，因此該反應是放熱反應，其反應熱△H＝134kJ/mol－368kJ/mol＝－234kJ/mol，即熱化學方程式是③ NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol。根據蓋斯定律可知，②－①＋③×2即得到反應2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)，因此該反應的反應熱△H＝－112.3kJ/mol－179.5kJ/mol－234kJ/mol×2＝－759.8kJ/mol。
（2）①根據反應NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol可知，該反應是體積不變的、放熱的可逆反應，則：
a.反應前后體積不變，則壓強始終是不變的，所以容器內的壓強不發生變化，不能說明該反應達到平衡，a不正確；
b.平衡常數只與溫度有關系，當向容器中加再充入0.20mol NO時，平衡向逆反應方向移動，K值不變，b不正確；
c.升高溫度后，平衡向逆反應方向移動，因此K值減小，NO₂的轉化率減小，c正確；
d.向該容器內充入He氣，容器容積不變，反應物的濃度不變，所以反應反應速率不變，d不正確 ，答案選c。
②根據圖像可知，在0～2min內NO的濃度增加了0.03mol/L，則根據方程式可知，NO₂的濃度就減少0.03mol/L，所以產物NO在0～2min時平均反應速率v(NO)＝0.03mol/L÷2＝0.015mol·L^-1·min^-1。
③根據圖像可知，在4min時反應物的濃度增加，而生成物的濃度降低，這說明反應向逆反應方向移動。由于正反應是放熱反應，因此改變的條件是升高溫度。
④根據圖像可知，6min時反應重新建立平衡狀態。此時NO和CO₂的濃度均是0.02mol/L，NO₂和CO的濃度分別是0.18mol/L和0.08mol/L，因此反應在第6min時的平衡常數K＝＝＝；若保持溫度不變，此時再向容器中充入CO、NO各0.060mol，則此時＝＝＞，因此平衡逆向進行。
（3）原電池中負極失去電子，所以SO₂在負極通入，其電極反應式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋；當有0.25molSO₂被吸收，則負極生成1.0mol氫離子和0.25mol SO₄^2－，所以要保持電荷守恒，需要將左側多余的0.5mol氫離子通過質子（H⁺）交換膜交換到右側。
（4）設應加入CaC1₂溶液的最小濃度為x，則混合后c(Ca^2＋)＝0.5x，c(CO₃^2－)＝1×10^-4mol/L。根據碳酸鈣的溶度積常數可知，混合要生成沉淀，則0.5x×1×10^-4mol/L ≥2.8×10^-9mol²/L²，解得x≥5.6×10^－5mol/L。
考點：考查反應熱、反應速率、平衡常數以及溶度積常數的有關計算；外界條件對平衡狀態的影響；平衡常數以及原電池原理的應用等