Question

【題目】氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的重要原因。人們研究了諸多有關氮氧化物的性質，請回答下列問題：

（1）處理 NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) K1

CH4 (g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K2

CH4 (g)+4NO(g) = 2N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次為三個反應的平衡常數，則K3=______（用K1、K2表示）

（2）在恒容密閉容器中通入等物質的量的CO和NO，在一定條件下發生反應：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)，測得NO的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示：

①則該反應的△H ________0（填“﹤”“﹥”或“=”）。

②對于氣相反應，用某組分(B)的平衡分壓強 p(B)代替物質的量濃度 c(B) 也可表示平衡常數kp，則該反應的平衡常數表達式kp=________，如果p1 =1.65MPa，求a點的平衡常數kp =_________（MPa）1 (結果保留 3 位有效數字，分壓=總壓×物質的量分數)。

③為探究速率與濃度的關系，該實驗中，根據相關實驗數據，粗略繪制了2條速率—濃度關系曲線: v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )

則：與曲線 v正~c(NO)相對應的是圖中曲線________(填“甲”或“乙”)。當降低反應體系的溫度，反應一段時間后，重新達到平衡，v正和v逆相應的平衡點分別為______(填字母)。

（3）利用電化學原理，將NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料電池，模擬工業電解法來處理含Cr2O72的廢水，如圖所示；電解過程中溶液發生反應：Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O。

①甲電池工作時，Y是氣體，可循環使用。則石墨I附近發生的電極反應式為________。乙池中的pH________（填“變大”“變小”或“不變”）。

②工作時，在相同條件下，甲池內消耗的O2和NO2的體積_____。

（4）已知H3PO4為三元酸，Ka1=7.0×103mol·L1，Ka2=6.2×108 mol·L1，Ka3=4.5×1013mol·L 1。則 Na2HPO4水溶液呈________（填“酸”、“中”、“堿”）性，用Ka與Kh的相對大小，說明判斷理由________________。

Answer 1

【答案】 ﹤ 21.2（MPa）-1 乙 D、H NO2+NO3--e-=N2O5 變大 1：4 堿 Na2HPO4的水解平衡常數Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故而顯堿性

【解析】

（1）依據蓋斯定律和平衡常數公式換算可得；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動；

②依據反應的平衡常數表達書寫即可；由三段式得的物質的物質的量分數，帶入公式計算可得；

③NO是反應物，CO2是生成物，隨反應進行，NO濃度減小，CO2濃度增大，降低反應體系的溫度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均減小，該反應為放熱反應，平衡向正反應方向移動；

（3）①由題給示意圖可知，甲電池工作時，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負極；由題給電解方程式可知反應中消耗氫離子，溶液的pH變大；

②根據得失電子守恒計算可得；

（4）Na2HPO4的電離常數和水解常數大小判斷Na2HPO4在水溶液的酸堿性。

（1）將已知熱化學方程式依次編號為①②③，由蓋斯定律可知，②×2-①=③，則K3=，故答案為：；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，由圖可知，隨溫度增大，NO的平衡轉化率減小，說明平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，△H﹤0，故答案為：﹤；

②由反應的化學方程式可知，該反應的平衡常數表達式kp=；設起始CO和NO的物質的量為1mol，由題給條件可建立如下三段式：

2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2 (g)

起（mol） 1 1 0 0

變（mol） 0.7 0.7 0.35 0.7

平（mol） 0.3 0.3 0.35 0.7

由三段式數據可知，平衡時總物質的量為1.65mol，CO、NO、N2和CO2的平衡分壓依次為×1.65MPa、×1.65MPa、×1.65MPa和×1.65Mpa，則反應的平衡常數表達式kp=≈21.2（MPa）-1，故答案為：；21.2（MPa）-1；

③NO是反應物，CO2是生成物，隨反應進行，NO濃度減小，CO2濃度增大，則由圖可知，與曲線 v正~c(NO)相對應的是圖中曲線乙；降低反應體系的溫度，v正~c(NO)和v逆~c(CO2 )均減小，該反應為放熱反應，平衡向正反應方向移動，c(NO)減小、c(CO2 )增大，則v正和v逆相應的平衡點分別為D和H，故答案為：乙；D、H；

（3）①由題給示意圖可知，甲電池工作時，通入二氧化氮的一極為燃料電池的負極，二氧化氮在負極失電子發生氧化反應生成五氧化二氮，電極反應式為NO2+NO3--e-=N2O5；由電解過程中溶液發生反應為Cr2O72+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+ +7H2O可知，反應中消耗氫離子，溶液的pH變大，故答案為：NO2+NO3--e-=N2O5；變大；

②燃料電池工作時，1molO2反應中轉移4mol電子，根據得失電子守恒可知，4molNO2轉變成N2O5，轉移4mol電子，相同狀況下氣體的體積比等于物質的量之比，故O2和NO2的體積比為1：4，故答案為：1：4；

（4）Na2HPO4在水溶液中發生水解反應，水解平衡為HPO42—+H2O H2PO4—+OH—，水解平衡常數Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故溶液顯堿性，故答案為：堿；Na2HPO4的水解平衡常數Kh2====1.6×10—7＞Ka3=4.5×1013，HPO42-的水解程度大于電離程度，故而顯堿性。