Question

18．氮及其化合物的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題，下面是氮的氧化物的幾種不同情況下的轉化．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1 則SO₂氣體與NO₂氣體反應生成SO₃氣體和NO氣體的反應為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應．
（2）向絕熱恒容密閉容器中通入SO₂和NO₂，一定條件下使反應SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）達到平衡，正反應速率隨時間變化的示意圖如圖1所示．
①反應在c點未達（填“達到”或“未到”）平衡狀態．
②開始時，在該容器中加入：
Ⅰ：1molSO₂（g）和1molNO₂（g）；II：1molSO₃（g）和1mol NO（g），則達化學平衡時，該反應的平衡常數Ⅰ＜Ⅱ（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）用氫氧化鈉溶液吸收氮的氧化物時發生下列反應：
2NaOH+NO+NO₂=2NaNO₂+H₂O
2NaOH+2NO₂=NaNO₂+NaNO₂+H₂O
將反應混合液和氫氧化鈉溶液分別加到如圖2所示的電解槽中進行電解，A室產生了N₂．
①電極Ⅰ是陰極，B室產生的氣體是O₂．
②A室NO₂^-發生的電極反應是2NO₂^-+6e^-+4H₂O=8OH^-+N₂↑．
（4）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．現有NO、NO₂的混合氣6L，可用同溫同壓下7L的NH₃恰好使其完全轉化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質的量之比為1：3．

Answer 1

分析 （1）根據所給的條件反應，結合要求的目標反應，將條件反應調整計量數并做相應的加減得目標反應，反應熱做相應的變化即可；
（2）①反應達平衡的根本標志是V_正=V_逆，而c點的只是V_正最大而已；
②容器恒容絕熱，SO₂（g）+NO₂（g）?NO（g）+SO₃ （g）△H＜0，反應放熱，若在該容器中加入：Ⅰ：1molSO₂（g）和1molNO₂（g），則開始反應放熱；若在容器中加入II：1molSO₃（g）和1mol NO（g），則開始時反應吸熱，據此分析平衡常數；
（3）通過A室產生了N₂，可知A極的電解質溶液為NaNO₃和NaNO₂的混合溶液，NO₂^-在A極放電為N₂，則A為陰極；則B極為陽極，電解質溶液為NaOH溶液，OH^-在B極放電，據此分析；
（4）設出NO的體積為XL，NO₂的體積為YL，則有X+Y=6  ①
然后根據和氨氣反應時得失電子數守恒可有：2X+4Y=7×3  ②
將兩式聯立即可解得．

解答 解：（1）已知：2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1 ①
2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1   ②
將$\frac{①}{2}-\frac{②}{2}$可得：SO₂（g）+NO₂（g）?NO（g）+SO₃ （g）△H=$\frac{-196.6KJ/mol}{2}$-$\frac{-113.0KJ/mol}{2}$=-41.6KJ/mol，而當反應熱△H＜0時，反應放熱，
故答案為：放熱；
（2）①化學平衡狀態的標志是各物質的濃度不再改變，其實質是正反應速率等于逆反應速率，c點對應的正反應速率顯然還在改變，故一定未達平衡，
故答案為：未達；
②容器恒容絕熱，SO₂（g）+NO₂（g）?NO（g）+SO₃ （g）△H＜0，反應放熱，若在該容器中加入：Ⅰ：1molSO₂（g）和1molNO₂（g），則開始反應放熱，溫度升高平衡左移，K減小；若在容器中加入II：1molSO₃（g）和1mol NO（g），則開始時反應吸熱，溫度降低平衡右移，K增大，故該反應的平衡常數Ⅰ＜Ⅱ，
故答案為：＜；
（3）通過A室產生了N₂，可知I極的電解質溶液為NaNO₃和NaNO₂的混合溶液，NO₂^-在I放電為N₂，則A為陰極；則II極為陽極，電解質溶液為NaOH溶液，OH^-在II極放電．
①電極I為陰極，由于B室為NaOH溶液，且II極為陽極，故在II極放電的是氫氧根：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，即產生的氣體為氧氣，故答案為：陰極；O₂；
②NO₂^-在陰極得電子被還原為氮氣，結合B室的溶液是中性溶液，故放電的方程式為：2NO₂^-+6e^-+4H₂O=8OH^-+N₂↑，故答案為：2NO₂^-+6e^-+4H₂O=8OH^-+N₂↑；
（4）設出NO的體積為XL，NO₂的體積為YL，根據混合氣體的體積為6L，則有X+Y=6  ①
氨氣反應時，NO和NO2得電子，而氨氣失電子，根據得失電子數守恒可有：2X+4Y=7×3  ②
將兩式聯立即可解得X=1.5，Y=4.5，則有X：Y=1：3，故答案為：1：3．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡常數的大小比較以及電化學知識的運用，綜合性較強，難度適中．