Question

随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）下图是在101kP_a，298k条件下1mol NO₂和1mol CO反应生成1mol CO₂和1mol NO过程中能量变化示意图。

已知：① N₂（g）+O₂（g）＝2NO（g） △H=+179.5kJ/mol
② 2NO（g）+O₂（g）＝2NO₂（g）  △H=-112.3kJ/mol
则在298k时，反应：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)的△H＝       。
（2）将0.20mol NO₂和0.10molCO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。

①下列说法正确的是          。（填序号）
a.容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡
b.当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向正反应方向移动，K值增大
c.升高温度后，K值减小，NO₂的转化率减小
d.向该容器内充入He气，反应物的体积减小，浓度增大，所以反应反应速率增大
②计算产物NO在0～2min时平均反应速率v(NO)=    mol·L^-1·min^-1；
③第4min时改变的反应条件为     （填“升温”、“降温”）；
④计算反应在第6min时的平衡常数K=     。若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡将     移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料。其负极的反应式为     ，当有0.25molSO₂被吸收，则通过质子（H⁺）交换膜的H⁺的物质的量为      。

（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²。现将2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液与一定浓度的CaC1₂溶液等体积混合生成沉淀，计算应加入CaC1₂溶液的最小浓度为      。

Answer 1

（16分）（1）－759.8kJ/mol （2分） （2）①C （2分） ②0.015 （2分） ③升温 （2分）
④1/36 （2分） 逆向 （1分） （3）SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋ （2分） 0.5mol （2分）
（4）5.6×10^－5mol/L （2分）

解析试题分析：（1）根据图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此该反应是放热反应，其反应热△H＝134kJ/mol－368kJ/mol＝－234kJ/mol，即热化学方程式是③ NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol。根据盖斯定律可知，②－①＋③×2即得到反应2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)，因此该反应的反应热△H＝－112.3kJ/mol－179.5kJ/mol－234kJ/mol×2＝－759.8kJ/mol。
（2）①根据反应NO₂（g）＋CO(g) CO₂(g)＋NO（g） △H＝－234kJ/mol可知，该反应是体积不变的、放热的可逆反应，则：
a.反应前后体积不变，则压强始终是不变的，所以容器内的压强不发生变化，不能说明该反应达到平衡，a不正确；
b.平衡常数只与温度有关系，当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向逆反应方向移动，K值不变，b不正确；
c.升高温度后，平衡向逆反应方向移动，因此K值减小，NO₂的转化率减小，c正确；
d.向该容器内充入He气，容器容积不变，反应物的浓度不变，所以反应反应速率不变，d不正确 ，答案选c。
②根据图像可知，在0～2min内NO的浓度增加了0.03mol/L，则根据方程式可知，NO₂的浓度就减少0.03mol/L，所以产物NO在0～2min时平均反应速率v(NO)＝0.03mol/L÷2＝0.015mol·L^-1·min^-1。
③根据图像可知，在4min时反应物的浓度增加，而生成物的浓度降低，这说明反应向逆反应方向移动。由于正反应是放热反应，因此改变的条件是升高温度。
④根据图像可知，6min时反应重新建立平衡状态。此时NO和CO₂的浓度均是0.02mol/L，NO₂和CO的浓度分别是0.18mol/L和0.08mol/L，因此反应在第6min时的平衡常数K＝＝＝；若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，则此时＝＝＞，因此平衡逆向进行。
（3）原电池中负极失去电子，所以SO₂在负极通入，其电极反应式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋4H^＋；当有0.25molSO₂被吸收，则负极生成1.0mol氢离子和0.25mol SO₄^2－，所以要保持电荷守恒，需要将左侧多余的0.5mol氢离子通过质子（H⁺）交换膜交换到右侧。
（4）设应加入CaC1₂溶液的最小浓度为x，则混合后c(Ca^2＋)＝0.5x，c(CO₃^2－)＝1×10^-4mol/L。根据碳酸钙的溶度积常数可知，混合要生成沉淀，则0.5x×1×10^-4mol/L ≥2.8×10^-9mol²/L²，解得x≥5.6×10^－5mol/L。
考点：考查反应热、反应速率、平衡常数以及溶度积常数的有关计算；外界条件对平衡状态的影响；平衡常数以及原电池原理的应用等