Question

【題目】I．氯及其化合物在工業生產中有廣泛應用。

稀硝酸與活潑金屬M反應制備二價金屬硝酸鹽，當反應物之比m(HNO3)：n(M)＝5：2時，還原產物為_________（填化學式）。

II．工業廢氣、汽車尾氣中含有的NOx、SO2等，是形成霧霾的主要物質，其綜合治理是當前重要的研究課題。

（一）NOx的消除

汽車尾氣中的NO（g）和CO（g）在一定溫度和催化劑條件下可發生反應2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）△H。

（1）已知：CO的燃燒熱△H1＝－283.0kJ·mol－1，N2（g）＋O2（g）2NO（g）△H2＝＋180.5kJ·mol，則上述反應的△H＝_______

（2）某研究小組探究催化劑對CO、NO轉化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應，相同時間內測量逸出氣體中的NO含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉化率），結果如圖所示。

①下列說法正確的是_______（填字、母代號）。

A．兩種催化劑均能降低反應的活化能，但反應的△H不變

B．相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響

C．曲線Ⅱ中的催化劑適用于450℃左右脫氮

D．曲線Ⅱ中催化劑脫氮率比曲線Ⅰ中催化劑的高

②若溫度低于200℃，圖中曲線脫氯率隨溫度升高而變化不大的主要原因是__________；

判斷a點對應的脫氮率是否為對應溫度下的平衡脫氮率，并說明其理由：____________。

（二）SO2的綜合利用

（3）某研究小組對反應NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）△H＜0進行相關實驗探究。在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變原料氣配比［n0（NO2）：n0（SO2）］進行多組實驗（各次實驗的溫度可能相同，也可能不同），測定NO的平衡轉化率［a（NO2）］。部分實驗結果如下圖所示。

圖中C、D兩點對應的實驗溫度分別為TC和TD，通過計算判斷：TC______TD（填“＞”“＝”或“＜”）。

（4）已知25℃時，NH3H2O的Kb＝1.8×10－5，H2SO3的Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6．2×10－8。若氨水的濃度為2.0molL－1，將SO2通入該氨水中，當溶液呈中性時，溶液中的______

Answer 1

【答案】NH4NO3或N2O -746.5kJ·mol－1 A、C 溫度較低時，催化劑的活性偏低 不是平衡脫氮率，因為該反應為放熱反應，根據曲線Ⅱ可知，a點對應溫度的平衡脫氮率應該更高 = 2.24

【解析】

I．根據硝酸與金屬反應，產物與硝酸的濃度、金屬的活潑性有關；分兩種情況討論：再根據得失電子守恒得出答案；

II．（1）根據CO的燃燒熱，利用蓋斯定律求解；

（2）①根據影響化學反應速率及化學平衡的因素求解；②根據曲線Ⅱ描述的內容解答；

（3）根據NO2的平衡轉化率結合“三段式”計算，再根據平衡常數只與溫度有關得出答案；

（4）根據電荷守恒，利用當溶液呈中性時c(H＋)=c(OH－)求解。

I．硝酸與金屬反應，產物與硝酸的濃度、金屬的活潑性有關。若硝酸為10mol，金屬M為4mol，則生成了4mol M(NO3)2，還原產物中含2mol N原子。分兩種情況討論：根據得失電子守恒，如果只有1nol氮的化合價降低，則由+5降至-3，還原產物為NH4NO3；如果2mol氮的化合價都降低，則由+5降至+1，還原產物為N2O，故答案為：NH4NO3

或N2O

II．（1）根據CO燃燒熱的△H1＝－283.0kJ·mol－1，可得到CO燃燒的熱化學方程式為①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H1＝－283.0kJ·mol－1，②N2（g）＋O2（g）2NO（g）△H2＝＋180.5kJ·mol－1，根據蓋斯定律，由①x2－②得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的△H=(-283.0kJ·mol－1)×2－(+180.5kJ·mol－1)=-746.5kJ·mol－1，故答案為：-746.5kJ·mol－1

（2）①兩種催化劑均能降低反應的活化能，加快化學反應速率，但不改變反應的△H，A正確；該反應的正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，脫氮率增大，B錯誤；觀察圖象，曲線Ⅱ在450℃左右催化活性最大，曲線Ⅱ中的催化劑適用于450℃左右脫氮，C正確；催化劑只影響化學反應速率，不改變化學平衡，不影響脫氮率，D錯誤，答案為：A、C；

②溫度若低于200℃，催化劑的活性偏低，對化學反應速率的影響比較小；該反應的正反應為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，脫氮率增大，根據曲線Ⅱ可知，a點對應溫度下的平衡脫氮率應高于450℃時曲線Ⅱ對應的脫氮率。故答案為：溫度較低時，催化劑的活性偏低；不是平衡脫氮率，因為該反應為放熱反應，根據曲線Ⅱ可知，a點對應溫度的平衡脫氮率應該更高；

（3）C點，原料氣配比為1，設c（NO2）=c（SO2）=1mol·L－1，NO2的平衡轉化率為50%，根據“三段式”有：

NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）

起始濃度（mol·L－1）：1 1 0 0

轉化濃度（mol·L－1）：1×50% 0.5 0.5 0.5

平衡濃度（mol·L－1）：0.5 0.5 0.5 0.5

化學平衡常數Kc=；

D點，原料氣配比為1.5，設c（NO2）=1.5mol·L－1，c（SO2）=1mol·L－1，NO2的平衡轉化率為40%，根據“三段式”有：NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）

起始濃度（mol·L－1）： 1.5 1 0 0

轉化濃度（mol·L－）： 1.5×40% 0.6 0.6 0.6

平衡濃度（mol·L－1）： 0.9 0.4 0.6 0.6

化學平衡常數KD=；

KC=KD，根據平衡常數只與溫度有關，則TC=TD，故答案為：=

（4）NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4＋＋OH－，SO2通入氨水中，根據電荷守恒有c(NH4＋)＋c(H＋)=c(HSO3－)＋2c(SO32－)＋c(OH－)，當溶液呈中性時c(H＋)=c(OH－)，則c(NH4＋)=c(HSO3－)＋2c(SO32－)，Ka2=，c(SO32－)=，c(NH4＋)=c(HSO3－)＋2×= c(HSO3－) ×，=，故答案為：2.24。