Question

8．為了有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量，研究并有效控制空氣中的氮氧化物含量、使用清潔能源顯得尤為重要．
（1）已知：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.48kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1
則4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）的△H=4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.98kJ/mol．
（2）某化學小組查閱資料知2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）的反應歷程分兩步：
第一步：2NO（g）═N₂O₂（g） （快）△H₁＜0
v_1正=k_1正c²（NO）；v_1逆=k_1逆c（N₂O₂）
第二步：N₂O₂（g）+O₂（g）═2NO₂（g） （慢）△H₂＜0
v_2正=k_2正c（N₂O₂）c（O₂）；v_2逆=k_2逆c²（NO₂）
①2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）的反應速率主要是由第二步（填“第一步”或“第二步”）反應決定．
②一定溫度下，反應2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）達到平衡狀態，請寫出用k_1正、k_1逆、k_2正、k_2逆表示的平衡常數表達式K=$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$．升高溫度，K值減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）利用活性炭涂層排氣管處理NO_x的反應為：xC（s）+2NO_x（g）═N₂（g）+xCO₂（g）△H＜0
理論上，適當增加汽車排氣管（內壁為活性炭涂層）長度能（填“能”或“不能”）使NO_x更加有效地轉化為無毒尾氣而排放，其原因是增加排氣管長度，相當于增大了NO_x與活性炭涂層的接觸面積，能加快化學反應速率；延長了二者的接觸時間，使反應更充分．
（4）一定量的CO₂與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）．平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖所示：

800℃時，反應達平衡時CO₂的轉化率為86.9%（保留一位小數）．
（5）氫氣是一種重要的清潔能源，Mg₂Cu是一種儲氫合金．350℃時，Mg₂Cu與H₂反應，生成MgCu₂和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質量分數為0.077）．Mg₂Cu與H₂反應的化學方程式為2Mg₂Cu+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCu₂+3MgH₂．

Answer 1

分析 （1）已知①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.48kJ•mol^-l
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=180.50kJ•mol^-l
根據蓋斯定律，①+②×5得到：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）
（2）①已知總反應的快慢由慢的一步決定，
②由反應達平衡狀態，所以v_1正=v_1逆、v_2正=v_2逆，所以v_1正×v_2正=v_1逆×v_2逆，而正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡常數減小；
（3）增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學反應速率；
（4）由圖可知，800℃時，反應達平衡后CO的體積分數為93%，設開始加入的二氧化碳為1mol，根據三段式進行計算；
（5）令金屬氫化物為RH_x，金屬R的相對分子質量為a，則$\frac{x}{a+x}$=0.077，即923x=77a，X為金屬的化合價，討論可得x=2，a=24，故該金屬氫化物為MgH₂．

解答 解：（1）已知①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.48kJ•mol^-l
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=180.50kJ•mol^-l
氨氣被一氧化氮氧化生成氮氣和氣態水的熱化學方程式依據蓋斯定律，結合熱化學方程式合并計算：①+②×5得到：
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.98kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.98kJ/mol．
（2）①第二步：N₂O₂（g）+O₂（g）═2NO₂（g） （慢），主要是由第二步決定反應速率，
故答案為：第二步；
②由反應達平衡狀態，所以v_1正=v_1逆、v_2正=v_2逆，所以v_1正×v_2正=v_1逆×v_2逆，即k_1正c²（NO）×k_2正c（N₂O₂）c（O₂）=k_1逆c（N₂O₂）×k_2逆c²（NO₂），則是K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$，而正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡常數減小，
故答案為：$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$；減小；
（3）增加排氣管長度，增大了相當于增大了固體的接觸面積，加快了化學反應速率，
故答案為：能；增加排氣管長度，相當于增大了NO_x與活性炭涂層的接觸面積，能加快化學反應速率；延長了二者的接觸時間，使反應更充分；
（4）由圖可知，800℃時，反應達平衡后CO的體積分數為93%，設開始加入的二氧化碳為1mol，轉化了xmol，
則有C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
開始             1                0
轉化             x               2x
平衡；        1-x               2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=93%，解得x=0.87mol，則CO₂的轉化率為$\frac{0.87}{1}$×100%=86.9%，
故答案為：86.9%；
（5）令金屬氫化物為RH_x，金屬R的相對分子質量為a，則$\frac{x}{a+x}$=0.077，即923x=77a，X為金屬的化合價，討論可得x=2，a=24，故該金屬氫化物為MgH₂，故反應方程式為2Mg₂Cu+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCu₂+3MgH₂，
故答案為：2Mg₂Cu+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCu₂+3MgH₂．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡的影響因素，電解質溶液和電極反應式的書寫，題目綜合性較強，難度中等，側重于考查學生的分析能力、以及對基礎知識的綜合應用能力．