Question

CO₂、SO₂、NOx是重要的非金属氧化物，与我们的生存环境息息相关．
（1）SO₂、NOx是形成酸雨和光化学烟雾的环境污染性气体，研究发现，空气中少量的 NO₂能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：
①SO₂+NO₂=SO₃+NO   ②SO₃+H₂O=H₂SO₄   ③2NO+O₂=2NO₂．
则NO₂在上述过程中的作用与H₂SO₄在下述变化中的作用相似的是______．
?A．潮湿的氯气通过盛有浓H₂SO₄的洗气瓶     B．硫化氢通入浓H₂SO₄中
?C．亚硫酸钠固体中加入H₂SO₄              D．制备乙酸乙酯时加入浓H₂SO₄
（2）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃．
?①Na₂CO₃俗称纯碱，因CO₃^2-水解而使其水溶液呈碱性，试写出CO₃^2-水解的离子方程式（忽略第二步水解）______，其水解反应的平衡常数（即水解常数）的表达式为K_h=______．
?②已知25℃时，K_h=2×10^-4mol/L，则当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，试求溶液的pH=______．
?③0.1mol/L Na₂CO₃溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=______[用含c（HCO^-₃）、c（H₂CO₃）的关系式表示]．
（3）汽车尾气的主要成分是一氧化碳和氮氧化物，治理尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
若在一定温度下，将2molNO、lmolCO充入固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图所示．则从开始到达到平衡状态的过程中，平均反应速率v（CO₂）=______（结果保留两位有效数字）．该温度下，反应的化学平衡常数为：K=______（用分数表示）．20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是______（填字母）．
①加入催化剂  ②降低温度   ③缩小容器体积   ④增加CO₂的物质的量
A．只有①B．只有②C．只有③D．只有④

Answer 1

【答案】分析：（1）根据二氧化氮作反应物时化合价的变化及在整个反应中所起的作用分析；
（2）①碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生水解生成碳酸氢钠和氢氧化钠而使溶液呈碱性；水解平衡常数等于生成物浓度系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比；
②根据水解平衡常数计算氢氧根离子的浓度，再根据水的离子积常数计算氢离子的浓度，从而计算其溶液的pH值；
③根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（3）先计算一氧化碳的反应速率，再根据同一反应中同一时间段内，各物质的反应速率之比等于计量数之比判断二氧化碳的反应速率；化学平衡常数等于生成物浓度系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比；
根据外界条件对化学平衡的影响分析．
解答：解：（1）①SO₂+NO₂=SO₃+NO，该反应二氧化氮中氮元素的化合价降低，所以二氧化氮作氧化剂；
将方程式①×2+②+③得方程式为：2SO₂+H₂O+O₂=SO₃+H₂SO₄，所以二氧化氮在整个反应过程中起催化剂的作用．
A．潮湿的氯气通过盛有浓H₂SO₄的洗气瓶，浓硫酸作干燥剂，故A错误；
B．硫化氢通入浓H₂SO₄中，浓硫酸能氧化硫化氢气体，浓硫酸作氧化剂，故B正确；
C．亚硫酸钠固体中加入H₂SO₄能生成二氧化硫，是利用强酸制取弱酸，故C错误；         
 D．制备乙酸乙酯时加入浓H₂SO₄，浓硫酸作催化剂，故D正确；
故答案为：BD；
（2）①碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生两步水解，第一步水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子，水解方程式为：CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-；K_h=，
故答案为：CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-；K_h=；
②K_h=2×10^-4mol/L，则当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，K_h==2×10^-4mol/L，
C（OH^- ）=1×10^-4 mol/L，C（H⁺ ）=1×10^-10mol/L，所以溶液的pH=10，故答案为：10；
③根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根据碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，
根据溶液中电荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以
c（OH^-）-c（H⁺）=C（HCO₃^- ）+2C（H₂CO₃），故答案为：C（HCO₃^- ）+2C（H₂CO₃）；
（3）一氧化碳的反应速率==0.027mol/L，同一反应中同一时间段内，各物质的反应速率之比等于计量数之比，所以二氧化碳的反应速率为0.027mol/L；
平衡时，c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L，c（N₂）=0.2mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L，
所以K==L/mol，
根据图象知，改变条件的瞬间，氮气的浓度不变，随着反应的进行，氮气的浓度增大且再次达到平衡时氮气的浓度大于原来平衡时的浓度，平衡向正反应方向移动．
①加入催化剂平衡不移动，故错误；
②降低温度平衡向正反应分析移动，故正确；
③缩小容器体积平衡向正反应分析移动，达平衡时，浓度应大于15min时的浓度，但缩小体积的瞬间，氮气的浓度会增大，但图片中15min时氮气的浓度不变，故错误；
④增加CO₂的物质的量平衡向逆反应方向移动，氮气的平衡浓度降低，故错误．
故答案为：0.027mol/L；L/mol；B．
点评：本题考查了化学平衡的有关问题，难度较大，难点是根据溶液中电荷守恒和原子守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值．