Question

【題目】汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、NO、NO2等。

（1）利用氨水可以將SO2、氮氧化物吸收，原理如下圖所示。

①25℃時，在pH=5的 NH4HSO3溶液中，c(SO32－)+c(NH3·H2O)－c(H2SO3)=__________mol/L(填確值)

②請寫出NO2和NO按體積比1：1被吸收時反應的離子方程式_____________________。

（2）科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。

①已知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=－113.0kJ·mol－1

3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(g)+NO(g) △H2=－138.0 kJ·mol－1

TiO2催化尾氣降解原理可表示為：2COg)+O2(g)2CO2(g) △H3

則2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g) △H4=______________________。

②在O2、H2O(g)濃度一定條件下，模擬CO、NO的降解，得到其降解率(即轉化率)如圖1所示。請解釋T1后NO降解率下降的可能原因______________________。

（3）瀝青混凝土也可降解CO。如圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)在不同溫度下，反應相同時間，測得CO降解率變化。結合如圖回答下列問題：

①已知在50℃時在α型瀝青混凝土容器中，平衡時O2濃度為0.01mol·L－1，求此溫度下CO降解反應的平衡常數____________________________________________。(用含x的代數式表示)

②科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，在10℃~60℃范圍內進行實驗，請在如圖中用線段與“”陰影描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現的最大區域范圍(在圖中畫出)。____________

（4）TiO2納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解，寫出陽極的電極反應式____________________________________________。

Answer 1

【答案】10-5-10-9 NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+ -615kJ/mol 溫度升高，平衡逆向移動

(圖像畫法說明：陰影部分a點之前在型上方，a點之后重合) Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

【解析】

(1) ①25℃時，在pH=5的 NH4HSO3溶液中存在電荷守恒：c(OH-)+ c(HSO3－)+2c(SO32－) =c(NH4+)+c(H+)，物料守恒：c(NH4+)+ c(NH3·H2O)= c(HSO3－)+c(SO32－)+ c(H2SO3)，據此分析；

②根據流程圖知，NO2、NO與NH4HSO3反應，+4價的氮氧化+4價的硫，NO2、NO被NH4HSO3吸收生成N2，NO2、NO得電子被還原，則HSO3－被氧化生成SO42－，據此書寫離子方程式；

(2)①根據已知方程式構建目標方程式，根據蓋斯定律計算反應熱；
②根據平衡移動原理來分析，升高溫度，平衡逆向移動；
(3)①化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值；
②據催化劑能加快化學反應速率，但不影響平衡移動畫圖；
(4)據陽極失去電子發生氧化反應書寫電極反應方程式。

(1) 25℃時，在pH=5的 NH4HSO3溶液中存在電荷守恒：c(OH-)+ c(HSO3－)+2c(SO32－) =c(NH4+)+c(H+)，物料守恒：c(NH4+)+ c(NH3·H2O)= c(HSO3－)+c(SO32－)+ c(H2SO3)，則c(SO32－)+c(NH3·H2O)－c(H2SO3)= c(H+)- c(OH-)=（10-5-10-9）mol/L；

②根據流程圖知，NO2、NO與NH4HSO3反應，+4價的氮氧化+4價的硫，NO2、NO被NH4HSO3吸收生成N2，NO2、NO得電子被還原，則HSO3－被氧化生成SO42－，反應的方程式為：NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4，離子方程式為NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+，
因此，本題正確答案是：NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+；
(2)①反應Ⅰ：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=－113.0kJ·mol－1

反應Ⅱ：3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(g)+NO(g) △H2=－138.0 kJ·mol－1

根據蓋斯定律(Ⅰ×3+Ⅱ×2)得反應2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)

則△H4=[(－113.0kJ·mol－1) ×3+(－138.0 kJ·mol－1) ×2]= -615kJ/mol

因此，本題正確答案是：-615kJ/mol；
②由以上計算可知，2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)為放熱反應，隨著反應的進行，溫度升高，平衡逆向移動，造成HNO3濃度降低，
因此，本題正確答案是：溫度升高，平衡逆向移動；

(3)①CO的降解率為x，設起始CO濃度為amol/L，

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
開始(mol/L) a 0
變化(mol/L)ax ax ax
平衡(mol/L)a-ax0.01 ax

K===
因此，本題正確答案是：；
②據催化劑能加快化學反應速率，但不影響平衡移動，故圖為

，
因此，本題正確答案是：；
(4)陽極失去電子發生氧化反應，故電極反應方程式為Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+，
因此，本題正確答案是：Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。