Question

【題目】人類生活、工業生產往往產生大量含碳、氮、硫的廢棄氣體，合理再利用或轉化上述氣體，變廢為寶成為人們共同關注的課題。

I.某化學課外小組查閱資料后得知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2) H1<0

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆·c2(NO2) H2<0

請回答下列問題：

(1)反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的H=_______(用含H1和H2的式子表示)。一定溫度下，反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態，寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常數的表達式K=_______。

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應速率是反應②，反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大小關系為E1______E2(填“>”、“<”或“=”)。

(3)反應N2O4(g)2NO2(g)，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強有如下關系：v(N2O4)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)。其中k1、k2是與溫度有關的常數。一定溫度下，相應的速率與壓強關系如圖所示，在圖中標出的點中，能表示該反應達到平衡狀態的兩個點是________。

II.某學習小組以SO2為原料，采用電化學方法制取硫酸。

(4)原電池原理：該小組設計的原理示意圖如圖，寫出該電池負極的電極反應式_____。

(5)電解原理：該小組用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液制得了硫酸。原理如圖，寫出開始電解時陽極的電極反應式_________。

(6)已知25℃時由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，則該混合溶液中各離子濃度的大小順序為______(已知25℃時，H2SO3的電離平衡常數Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

Answer 1

【答案】H1+H2 < BD SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+ c(Na+)> c(SO32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)

【解析】

I.(1)根據蓋斯定律計算所求反應的焓變，一定溫度下，反應達到平衡狀態，平衡時v(正)=v(逆)，結合速率方程推導反應的化學平衡常數表達式；

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應②，則反應②就是速控步驟，整個反應化學速率取決于速控步驟的反應，活化能越高，反應速率越慢；

(3)反應達到平衡時，存在速率關系為v(正)=v(逆)，根據圖象和速率表達式分析，解釋原因；

II.(4)依據原電池原理，負極是失電子發生氧化反應，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；

(5)根據化合價變化判斷陽極反應物質，寫出陽極反應式。

(6)利用25℃時，H2SO3的電離平衡常數Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常數，從而得知Na2SO3的水解與NaHSO3的電離程度相等。

I.(1)反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，則該反應的焓變為△H=△H1+△H2；

一定溫度下，反應達到平衡狀態，平衡時v(正)=v(逆)，由于2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，所以該反應的化學平衡常數為K=K1K2，根據速率方程式，K1=，K2=，則K= K1K2=；

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應②，則反應②就是速控步驟，整個反應化學速率取決于速控步驟的反應，反應的活化能越高，反應速率越慢，速控步驟是慢反應，因此化學反應速率①＞②，可見②的活化能更高，因此反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大小關系為E1<E2；

(3)反應N2O4(g)2NO2(g)達到平衡時，存在速率關系為v(正)=v(逆)，根據反應方程式，應為NO2的消耗速率是N2O4消耗速率的兩倍，根據圖象，因此能表示該反應達到平衡狀態的兩個點是B和D；

II. (4)該原電池中，負極上二氧化硫失電子被氧化產生硫酸，所以負極上的電極反應式為：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；

(5)電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發生氧化反應，電解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO3-溶液失去電子被氧化生成SO42-，則陽極電極反應式是：HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+；

(6)已知25℃時，H2SO3的電離平衡常數Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常數為Kh==1×10-7，可知Na2SO3的水解與NaHSO3的電離程度相等，則在25℃時由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，可知c(SO32-)=c(HSO3-)，則溶液中存在c(Na+)> c(S32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)。