Question

7．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義．
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HCl等氧化，常用于定量測定CO的含量．已知：
2I₂（s）+5O₂（g）═2I₂O₅（s）△H=-75.56kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
寫出CO（g）與I₂O₅（s）反應生成I₂（s）和CO₂（g）的熱化學方程式：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol．
（2）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉化器，發生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
①該反應的化學平衡常數表達式為K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$．
②一定條件下，將體積比為1：2的NO、CO氣體置于恒容密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是ad（填字母）．
a．體系壓強保持不變             b．混合氣體顏色保持不變
c．N₂和CO₂的體積比保持不變       d．每生成1mol N₂的同時生成2mol NO
③若在一定溫度下，將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應過程中各物質的濃度變化如下圖所示．若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將不
（填“向左”、“向右”或“不”）移動．20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是b（填字母）．
a．加入催化劑     b．降低溫度  c．增加CO₂的量
（3）電化學降解NO₃^-的原理如圖2所示．電源正極為A（填“A”或“B”）極，陰極反應式為2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據已知熱化學方程式，利用蓋斯定律計算和書寫熱化學方程式；
（2）①化學平衡的平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態；
③依據平衡常數概念寫出該反應的平衡常數表達式，然后通過列式計算，依據濃度商和平衡常數比較分析判斷；根據影響化學平衡的因素判斷改變的條件；
（3）根據圖象知，硝酸根離子得電子發生氧化反應，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，A為正極，B為負極，以此解答該題．

解答 解：（1）由已知熱化學方程式：
2 I₂（s）+5O₂（g）=2 I₂O₅（s）；△H=-75.56kJ•mol^-1①，
2CO（g）+O₂（g）=2 CO₂（g）；△H=-566.0kJ•mol^-1②，
根據蓋斯定律將方程式②×$\frac{5}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{5}{2}$-（-75.56kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-1377.22kJ/mol，
所以其熱化學反應方程式為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol，
故答案為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol；
（2）①2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
化學平衡的平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的發熱反應
a．反應前后氣體體積減小，體系壓強都保持不變，能用于判斷是否達到平衡狀態，故a正確；
b．混合氣體的一無顏色，顏色保持不變，不能說明達到平衡狀態，故b錯誤；
c．生成物N₂和CO₂的體積比始終保持不變，不能說明達到平衡狀態，故c錯誤；
d．每生成1mol N₂的同時生成2mol NO，說明正逆反應速率相同，能判斷是否達到平衡狀態，故d正確；
故答案為：ad； 
③依據圖象可知，15分鐘時達到平衡時氮氣濃度為0.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，該溫度下該反應的平衡常數為：K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{0．{6}^{2}×1．{6}^{2}}$=0.035，
若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，則各組分濃度分別為：c（NO）=1.6mol/L、c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L、c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L、c（CO₂）=0.4mol/L，Qc=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.8×0．{4}^{2}}{1.6×1．{2}^{2}}$=0.035=K，則化學平衡不動，20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖所示的變化，斜率減小反應速率減小，氮氣濃度增大，反應是氣體體積減小的放熱反應，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：不；b；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極，在陰極反應是NO₃^-得電子發生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應且有水生成，所以陰極上發生的電極反應式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法，化學平衡的計算分析判斷，原電池和電解池的原理的分析與計算，題目難度中等．