Question

5．氰、硫、碳的氧化物有多种，其中S0₂和N0_x都是大气污染物，对它们的研究有助于空气的净化．
（1）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO₂ （g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+C1NO （g） K₁ △H₁＜0 （Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）                           K₂ △H₂＜0 （Ⅱ）
4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数 K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO 和 0.1mol Cl₂，l0min 时反应（Ⅱ）达到平衡．
测得 l0min 内 v （C1NO）=7.5×10³ mol•L^-1•min^-1，NO的转化率 a₁=75%．
其它条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率a₂＞ a₁（填“＞”“＜”或“=”）
（3）消除汽车尾气，可以通过反应2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）实 时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．如图表示在其他条件不变时，NO的浓度c（NO）随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线．
①该反应的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图中画出c（NO）在T₁、S₂条件下达平衡过程中的变化曲线（并作相应标注）．
（4）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题． NO₂尾气常用NaOH溶液吸收，生成NaNO₃和NaNO₂．己知NO₂^-的水解常数K=2×10^-11mol•L^-1，常温下某NaNO₂和HNO₂混合溶液的pH为5，则混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂） 的比值为50．
（5）某研究性学习小组欲探究SO₂能否与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀．查阅资料得知常温下BaSO₃的Ksp=5.48×10^-7，饱和亚硫酸中c（SO₃^2- ）=6.3×10^-8 mol•L^-1．将0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液滴入饱和亚硫酸中，不能（填“能”或“不能”）生成BaSO₃，原因是c（Ba ²⁺ ）．（SO₃^2- ）=6.3×10^-8×0.1=6.3×10^-9＜Ksp=5.48×10^-7，所以不能产生沉淀  （请写出必要的推断过程）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数为①的平衡常数平方与②的商；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，根据方程式知，参加反应的n（NO）=△n（ClNO）=0.15mol，NO的转化率=$\frac{n（NO）（反应）}{反应初始n（NO）}$×100%；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（3）①根据先拐先平数值大知，T₂＞T₁，升高温度NO含量增大，平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动；
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，在T₁、S₂条件下达到的平衡和T₁、S₁条件下达到的平衡一样，但是反应速率减慢了；
（4）常温下某NaNO₂和HNO₂混合溶液的pH为5，该溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$mol/L=10^-9 mol/L，NO₂^-的水解常数=$\frac{c（HN{O}_{2}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，据此计算混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）的比值；
（5）如果钡离子与亚硫酸根离子浓度积大于溶度积时就产生沉淀，否则不产生沉淀．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g） K₁ △H＜0 （I）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g） K₂ △H＜0 （II）
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
（2）测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，根据方程式知，参加反应的n（NO）=△n（ClNO）=0.15mol，NO的转化率=$\frac{n（NO）（反应）}{反应初始n（NO）}$×100%=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动，NO的转化率增大，则平衡时NO的转化率a₂＞a₁，
故答案为：75%；＞；
（3）①根据先拐先平数值大知，T₂＞T₁，升高温度NO含量增大，平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，根据图知，正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；
②若催化剂的表面积S₁＞S₂，在T₁、S₂条件下达到的平衡和T₁、S₁条件下达到的平衡一样，但是反应速率减慢了，c（NO）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线如右图所示：

故答案为：；
（4）常温下某NaNO₂和HNO₂混合溶液的pH为5，该溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$mol/L=10^-9 mol/L，NO₂^-的水解常数=$\frac{c（HN{O}_{2}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$，混合溶液中c（NO₂^-）和c（HNO₂）=10^-9：2×10^-11=50，
故答案为：50；
（5）c（Ba ²⁺ ）．（SO₃^2- ）=6.3×10^-8×0.1=6.3×10^-9＜Ksp=5.48×10^-7，所以不能产生沉淀，
故答案为：不能；c（Ba ²⁺ ）．（SO₃^2- ）=6.3×10^-8×0.1=6.3×10^-9＜Ksp=5.48×10^-7，所以不能产生沉淀．

点评 本题考查化学平衡计算、难溶物的溶解平衡、盐类水解等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析、计算能力，明确盐类水解、难溶物的溶解平衡、化学平衡原理等知识点是解本题关键，注意公式的灵活应用，题目难点中等．