Question

2．2016年12月京津晋冀出现多次严重的雾霾天气．雾霾中含有大量的气体污染物，其主要成分是氮的氧化物、一氧化碳和二氧化硫．
回答下列问题：
（1）有机物乙烯可以消除氮的氧化物的污染．
已知：①乙烯的燃烧热△H=-1411.1KJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180KJ•mol^-1
则乙烯和NO反应的热化学方程式：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（I）△H=-1951.1KJ•mol^-1
（2）NH₃催化还原可以消除氮的氧化物的污染．
①相同条件下，在固定容积的密闭容器中选用不同的催化剂（a、b、c）发生反应：：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）反应产生N₂的物质的量浓度随时间变化如图1所示．

下列说法错误的是B、C （填字母）
A．催化剂的催化效率a＞b＞c
B．X点时，NH₃的化学反应速率为0.5mol•L₂•min^-1
C．达平衡时，使用催化剂c时NO的转化率最小
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生该反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
②恒温恒容下，向容积为1.0L的密闭容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定条件下发生反应，达到平衡时平衡体系的压强为反应前压强的$\frac{22}{21}$倍，则化学平衡常数K=1.0mol•L^-1（保留两位有效数字）．若上述反应改在恒温恒压条件下进行，则反应达到平衡时NH₃的体积分数变小 （填“变大”“变小”或“不变”）．
（3）用图2的电化学装置可将雾霾中的SO₂、NO转化为（NH₄）₂SO₄．锂锰电池是常用的一次电池．其中电解质是LiClO₄，Li⁺通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO₂．
①D电极的名称为阴极   （填“阴极”“阳极”“正极”或“负极”），M是H₂SO₄（填化学式）
②B电极反应式为MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂
③C电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）所求反应方程式可由已知热效应的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算所求反应的焓变；
（2）①A．根据相同时间内，N₂浓度的变化量判断三种催化剂的催化效率；
B．X点时的化学反应速率是瞬时反应速率，不是平均反应速率；
C．催化剂不改变化学平衡，只改变化学反应速率；
D．化学平衡常数只随温度的改变而改变；
②根据理想气体状态方程pV=nRT，分析压强和混合气体物质的量之间的关系，结合化学方程式计算化学平衡常数，先假设平衡不移动，再考虑平衡移动的情况对NH₃体积分数的影响；
（3）①D处电极上通入NO反应，NO转化为（NH₄）₂SO₄，根据N化合价变化分析，结合电极反应分析物质M；
②锂锰电池是原电池，由Li⁺通过电解质迁移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，根据Mn化合价变化，据此写出电极反应式；
③电解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C电极处为通入SO₂溶液参加反应，根据电极情况写出反应的电极反应式．

解答 解：（1）①乙烯的燃烧热△H=-1411.1kJ/mol，则
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-1411.1kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₂=+180kJ/mol，
所求反应为：C₂H₄（g）+6NO（g）═2CO₂（g）+3N₂（g）+2H₂O（l），该反应可由①-②×3得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=△H₁-2△H₂=-1411.1-2×180=-1951.1kJ/mol，
故答案为：-1951.1；
（2）①A．根据相同时间内，N₂浓度的变化量a增长最多，则a的催化效率最高，b次之，c最低，所以催化剂的催化效率a＞b＞c，故A正确；
B．X点时的化学反应速率是瞬时反应速率，不是平均反应速率，因此NH₃的化学反应速率不为0.5mol/（L•min），
故B错误；
C．催化剂不改变化学平衡，只改变化学反应速率，到达平衡时，三种催化剂作用下的反应平衡时各组分浓度一样，故C错误；
D．化学平衡常数只随温度的改变而改变，若在恒容绝热的密闭容器中发生该反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故D正确．
故答案为：B、C；
②根据理想气体状态方程pV=nRT，恒温恒容下，向容积为1.0L的密闭容器中充入1.8molNH₃和2.4molNO，在一定条件下发生反应，达到平衡时平衡体系的压强为反应前压强的$\frac{22}{21}$倍，则$\frac{22}{21}$=$\frac{n（平）}{n（起始）}=\frac{n（平）}{1.8mol+2.4mol}$，则n（平）=$\frac{352}{105}$mol，反应的反应为：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g），设反应转化了NH₃的物质的量为4xmol，则平衡时有1.8-4x+2.4-6x+5x+6x=4.6，解得x=0.2，则平衡时容器中各组分的浓度为c（NH₃）=$\frac{1.8-4x}{1}$=1mol/L，c（NO）=$\frac{2.4-6x}{1}$=1.2mol/L，c（N₂）=$\frac{5x}{1}$=1mol/L，c（H₂O）=$\frac{6x}{1}$=1.2mol/L，则化学平衡常数K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{6}（NO）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$=1.0mol/L，
若上述反应改在恒温恒压条件下进行，由于反应是气体数增多的反应，随着反应反应，容器内压强增大，若平衡不移动，则平衡时NH₃的体积分数，恒压装置平衡时容器气体积大于恒容装置，则恒压装置相当于恒容装置在平衡的基础上减压，则反应向加压方向进行，因此反应达到平衡时NH₃的体积分数变小，
故答案为：1.0；变小；
（3）①D处电极上通入NO反应，NO转化为（NH₄）₂SO₄，N的化合价从+2价降低为-3价，此过程得到电子，因此D电极为电解池阴极，反应过程中产生H⁺，则可推测M产物为H₂SO₄，
故答案为：阴极；H₂SO₄；
②锂锰电池是原电池，由Li⁺通过电解质迁移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂，Mn化合价降低，此过程为得到电子的反应，则MnO₂电极是原电池正极，则B电极的电极反应为：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂，
故答案为：MnO₂+Li+e^-=LiMnO₂；
③电解池中通入（NH₄）₂SO₄溶液，C电极处为通入SO₂溶液参加反应，C电极为电解池阳极，发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，则C电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，化学平衡的移动，化学平衡常数的计算，催化剂的作用，电化学知识，电极反应式的书写，需注意燃烧热对应的产物是稳定的参考物质，H₂（g）变成H₂O（l），不是H₂O（g），这是易错点，涉及的知识点均为高频考点，题目难度中等．