Question

20．為有效控制霧霾，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、碳氧化物和硫氧化物含量顯得尤為重要．
（1）汽車內燃機工作時會引起N₂和O₂的反應：N₂+O₂═2NO，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一，科學家設計利用NH₃在催化條件下將NO_x還原成N₂而排放．
①在T₁、T₂溫度下，一定量的NH₃發生分解反應時N₂的體積分數隨時間變化如圖1所示，根據圖象判斷反應N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）的△H＞0（填“＞”或“＜”）．

②在T₃溫度下，向2L密閉容器中充入10molN₂與5mo1H₂，50秒后達到平衡，測得NH₃的物質的量為2mol，則該反應的速率v（N₂）0.01mol•L^-1•s^-1．該溫度下，若增大壓強此反應的平衡常數將不變（填“增大”、“減小”、“不變”或“無法確定”）；若開始時向上述容器中充入N₂與H₂均為10mol，則達到平衡后H₂的轉化率將降低．（填“升高”、“降低”）
（2）利用圖2所示裝置（電極均為惰性電極）可吸收SO₂，用陰極排出的溶液可吸收NO₂．
①陽極的電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．
②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉化為無害氣體，同時有SO₃^2-生成．該反應的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O．
（3）一定條件下可用甲醇與CO反應生成醋酸消除CO污染．常溫下，將a mol•L^-1的醋酸與b mol^-L^-1Ba（OH）₂溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則該混合溶液中醋酸的電離常數Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol（用含a和b的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）①根據“先拐先平數值大”原則判斷的T₁、T₂大小，再根據平衡時氮氣的體積分數判斷溫度對平衡的影響；
②v=$\frac{△c}{△t}$，再據速率之比等于化學計量數之比求算；平衡常數僅與溫度有關；若開始時向上述容器中充入N₂與H₂均為10mol，相對于在原平衡的基礎上在充H₂5mol，雖然平衡正向移動，但達到平衡后H₂的轉化率將降低；
（2）①依據電極原理和反應過程中的離子變化寫出電極反應；
②依據在堿性條件下，陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發生反應4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O；
（3）溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合概念計算．

解答 解：（1）①根據圖象判斷，T₂曲線先到達平衡，反應速率大，溫度較高，而溫度升高，氮氣的體積分數減小，說明升高溫度平衡向正反應移動，升高溫度向吸熱方向進行，故正反應為吸熱反應，△H＞0．
故答案為：＞；
②v（NO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{50s}$=0.02 mol•L^-1•s^-1，v（N₂）：v（NO）=1：2，所以v（N₂）=0.01mol•L^-1•s^-1；因為平衡常數僅與溫度有關，所以
若增大壓強此反應的平衡常數將不變；若開始時向上述容器中充入N₂與H₂均為10mol，相對于在原平衡的基礎上在充H₂5mol，雖然平衡正向移動，但達到平衡后H₂的轉化率將降低，故答案為：0.01mol•L^-1•s^-1；不變；降低；
（2）①依據圖示可知，二氧化硫被氧化為硫酸根，所以二氧化硫所在的區為陽極區，陽極區發生反應SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₃^2-+4H⁺；
②陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發生反應，S₂O₄^2-中硫元素由+3價，變為硫酸根中硫元素為+4價，S₂O₄^2-被氧化是還原劑；二氧化氮中的氮元素化合價為+4價變為氮氣0價，二氧化氮被還原為氧化劑，依據原子守恒和得失電子守恒可得，發生的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，故答案為：4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O；
（3）反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，據電荷守恒，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數依據電離方程式寫出K=$\frac{[CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}]•[H{\;}^{+}]}{[CH{\;}_{3}COOH]}$=$\frac{b×10{\;}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol，
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

點評 本題考查熱化學方程式，化學平衡常數、化學平衡影響因素分析，原電池原理的分析應用，主要是弱電解質電離平衡常數的計算，題目難度中等．