Question

12．随着人们生活水平的提高，环境保护意识越来越强，其中某些含碳、氮的化合物是环境污染的罪魁祸首．

（1）科学家研究消除和利用CO的问题．
①他们发现，在一定条件下氢气能把CO转化成CH₄：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H＜0．现在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入CO和H₂，一段时间后反应达到平衡状态．当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是AC．
A．正反应速率先增大后减小   B．氢气的转化率减小
C．化学平衡常数K值增大     D．反应物的体积百分含量增大
上述反应达到平衡后，改变条件，既能同时增大正、逆反应速率又能使平衡逆向移动的措施是升高温度．
②他们还成功制成了CO一空气碱性（KOH为电解质）燃料电池，则此电池的负极反应式为CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（2）汽车尾气中含大量NO，研究表明，可将NO通过下列方法转化成无毒气体
①在200℃、有催化剂存在时，H₂可将NO还原为N₂和生成1mol水蒸气时的能量变化如图1，写出该反应的热化学方程式2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1．（△H用含E₁、E₂、E₃等的式子表示）
②某温度下，在2L密闭容器中充入各0.4mol的NO、CO进行反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，测得NO物质的量变化如图2所示：第6分钟继续加入0.2mol NO、0.2mol CO、0.2mol CO₂和0.3mol N₂，请在图2中画出到9分钟末反应达到平衡时NO的物质的量随时间的变化曲线．
（3）NaCN有剧毒，易造成水污染．常温下，0.1mol/L的NaCN溶液pH为11.0，原因是CN^-+H₂O?HCN+OH^-（用离子方程式表示）；则HCN的电离常数Ka=10^-9．

Answer 1

分析 （1）①当正逆反应速率不相等时，化学平衡会向着正方向或是逆方向进行；升温，化学反应速率加快，平衡向吸热方向移动，即逆方向移动；
②燃料电池的负极失去电子发生氧化反应，一氧化碳失去电子，化合价升高，被氧化成二氧化碳，二氧化碳与电解质溶液氢氧化钾反应生成碳酸钾和水；
（2）①根据能量变化图，反应热=生成物具有的能量-反应物具有的能量，再根据热化学反应方程式的书写解答；
②第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，根据Qc=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$计算，然后比较Qc与K的大小关系判断移动方向，再作图；
（3）NaCN是强碱弱酸盐，CN^-水解后呈碱性，CN^-+H₂O?HCN+OH^-，计算水解平衡常数K_h，再根据Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$计算．

解答 解：（1）①化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率大于正反应速率时，说明反应是逆向进行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；改变条件，既能同时增大正、逆反应速率又能使平衡逆向移动的措施是：升高温度，化学反应速率加快，平衡向吸热方向移动，即逆方向移动，
A．正反应速率先增大后减小，说明反应正向进行，故A正确；
B．平衡逆向进行氢气的转化率减小，故B错误；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向进行，故C正确；
D．反应物的体积百分含量增大，可能逆向进行，也可能正向进行，不能说明反应正向进行，故D错误；
故答案为：AC；升高温度；
②燃料电池的负极失去电子发生氧化反应，一氧化碳失去电子，化合价升高，被氧化成二氧化碳，二氧化碳与电解质溶液氢氧化钾反应生成碳酸钾和水，电极反应式为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①一定条件下H₂还原NO生成N₂和1mol水蒸气，依据能量变化图可知反应放热，反应焓变△H=E₁-E₂，反应热与反应物计量数成正比关系，
所以该热化学方程式为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1，
故答案为：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H=2（E₁-E₂）kJ•mol^-1；
②已知反应为2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），2L密闭容器中充入NO、CO各0.4mol，达到平衡时NO为0.2mol，
            2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始（mol）：0.4      0.4       0      0
转化（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
平衡（mol）：0.2      0.2      0.1     0.2
则K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}×（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}×（\frac{0.2mol}{2L}）^{2}}$=5；
第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，则c（NO）=（0.2mol+0.2mol）÷2L=0.2mol/L，c（CO）=（0.1mol+0.3mol）÷2L=0.2mol/L，
c（N₂）=（0.1mol+0.3mol）÷2L=0.2mol/L，c（CO₂）=（0.2mol+0.2mol）÷2L=0.2mol/L，
Qc=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=5=K，说明是平衡状态，所以第6分钟继续加入0.2molNO、0.2molCO、0.2molCO₂和0.3molN₂，仍是平衡状态，但是NO的物质的量变为原来的2倍，作图为；
故答案为：；
（3）NaCN是强碱弱酸盐，CN^-水解后呈碱性，CN^-+H₂O?HCN+OH^-，常温下，0.1mol/L的NaCN溶液pH为11.0，故K_h=$\frac{c（O{H}^{-}）×c（HCN）}{c（C{N}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-3}×1{0}^{-3}}{0.1-1{0}^{-3}}$=10^-5，则HCN的电离常数Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9，
故答案为：CN^-+H₂O?HCN+OH^-；10^-9．

点评 本题考查化学反应速率与化学平衡移动问题，化学平衡常数及影响因素、意义，反应热的计算等，难度中等，本题注意分析图象曲线的变化趋势，侧重于考查学生的读图能力和分析能力，注意利用盐的水解平衡常数和水的离子积常数换算．