Question

【題目】氮的氧化物和氮的氫化物的任意排放均會對環(huán)境造成污染，因此關(guān)于其轉(zhuǎn)化的研究對于消除環(huán)境污染有著重要意義。

（1）已知T℃時，有如下反應(yīng)：

反應(yīng)I：4NH3（g） + 6NO（g）5N2 （ g） + 6H2O（g） △H = -1804 kJmol-1

反應(yīng)II：N2（g） +2O2（g） 2NO2（g） △H = +67.8 kJmol-1

反應(yīng)III：2NO（g） + O2 （g） 2 NO2 （g） △H =-116.2 kJmol-1

試寫出T℃ 時，NH3與NO2反應(yīng)生成不污染環(huán)境的物質(zhì)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式 ______。

（2）T℃時，向2L密閉容器中加入一定量的NO2、NO和O2,發(fā)生（1）中反應(yīng)III,不同時間測得各物質(zhì)的部分濃度（molL-1） 如下表所示：

時間（ min）	NO	O2	NO2
0	a	0.30	0.10
10	0.14	0.27	b
20	0.10	c	0.20
30	d	0.24	0.22
40	0.08	e	f

①溫度不變，反應(yīng)達(dá)平衡后容器中的壓強(qiáng)與最初加入氣體時的壓強(qiáng)之比為_______。

②反應(yīng)的前 20 min 的平均反應(yīng)速率v（NO）=________molL-1·min-1。

③若溫度不變，平衡后將反應(yīng)容器壓縮為1L，達(dá)到新的平衡后，c（O2）_____0.48molL-1（填“>”“<”或“ =”）。

（3）某化學(xué)興趣小組利用電解原理設(shè)計實驗消除NH3 與 NO對環(huán)境的影響， 并制取KOH溶液和H2SO4溶液，其工作原理如下圖所示：

①從出口B、C產(chǎn)生的氣體相同，該氣體是_____：從出口 D 得到的溶液是____。

②電解槽左池中發(fā)生的電極反應(yīng)式為________ 。

③電解一段時間，兩電極共收集到22.4L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時，理論上將生成____________mol KOH。

Answer 1

【答案】8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） H = -2707.4 kJmol1 9∶10 0.005 < N2 或氮氣 KOH 溶液 2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+ 2.4

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律I×2-III×6+II×3可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式；

（2）先根據(jù)表格數(shù)據(jù)結(jié)合反應(yīng)III方程式判斷起始時NO的物質(zhì)的量濃度，進(jìn)而根據(jù)30min及40min的數(shù)據(jù)判斷平衡狀態(tài)并進(jìn)行相關(guān)計算；

（3）根據(jù)裝置圖先判斷電解池的陰極和陽極，再結(jié)合兩極通入的物質(zhì)判斷相關(guān)的產(chǎn)物和電極反應(yīng)式。

（1）已知T℃時，有如下反應(yīng)：

反應(yīng)I：4NH3（g） + 6NO（g）5N2 （ g） + 6H2O（g） △H = -1804 kJmol-1

反應(yīng)II：N2（g） +2O2（g） 2NO2（g） △H = +67.8 kJmol-1

反應(yīng)III：2NO（g） + O2 （g） 2 NO2 （g） △H =-116.2 kJmol-1

根據(jù)蓋斯定律，I×2-III×6+II×3可得NH3與NO2反應(yīng)生成不污染環(huán)境的物質(zhì)即N2和H2O的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） H = -2707.4 kJmol1；

（2）①T℃時，向2L密閉容器中加入一定量的NO2、NO和O2，發(fā)生反應(yīng)2NO（g） + O2 （g） 2 NO2（g），0~10min時間段內(nèi)，O2的物質(zhì)的量濃度減少了0.03mol/L，則相同時間內(nèi)NO的物質(zhì)的量濃度減少0.06mol/L，所以NO的起始物質(zhì)的量濃度為0.14mol/L+0.06mol/L=0.20mol/L；30min時O2的物質(zhì)的量濃度為0.24mol/L，說明0~30min時間段內(nèi)O2的物質(zhì)的量濃度減少了0.06mol/L，則相同時間內(nèi)NO的物質(zhì)的量濃度減少0.12mol/L，即d為0.08mol/L，因40min時NO的物質(zhì)的量濃度也為0.08mol/L，說明30min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；溫度不變，反應(yīng)達(dá)平衡后容器中的壓強(qiáng)與最初加入氣體時的壓強(qiáng)之比等于平衡時各氣體物質(zhì)的量之和與最初加入氣體時的物質(zhì)的量之和的比值，即比值為 = 9∶10；

②反應(yīng)的前 20 min 的平均反應(yīng)速率v（NO）= =0.005molL-1·min-1；

③溫度不變，平衡后將反應(yīng)容器壓縮為1L，若平衡不移動，則c（O2）等于0.48molL-1，而縮小容器體積時壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，所以達(dá)到新的平衡后，c（O2）小于0.48molL-1；

（3）據(jù)圖可知，電解池左端連接外加電源的正極，為電解池的陽極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+，硫酸根離子通過陰離子交換膜進(jìn)入左側(cè)，與氫離子結(jié)合得硫酸溶液，右端連接外加電源的負(fù)極，為電解池的陰極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2NO +2H2O+4e = N2↑ + 4OH-，鉀離子通過陽離子交換膜進(jìn)入右側(cè)與氫氧根離子結(jié)合得KOH溶液；

①根據(jù)電極反應(yīng)式可知，從出口B、C產(chǎn)生的氣體相同，均為氮氣，從出口D得到的溶液是KOH 溶液；

②根據(jù)分析可知，電解槽左池為陽極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+；

③根據(jù)得失電子守恒，相同時間內(nèi)電解池陽極和陰極產(chǎn)生的氮氣比為2∶3，當(dāng)電解一段時間，兩電極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4L氣體即1mol氣體時，陰極生成的氮氣為0.6mol，根據(jù)陰極反應(yīng)式2NO +2H2O+4e = N2↑ + 4OH-可知，理論上將生成0.6mol×4=2.4mol KOH。