Question

(14分)為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量，研究并有效控制空氣中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量顯得尤為重要。
(1)汽車內燃機工作時會引起N₂和O₂的反應：N₂ + O₂2NO，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂溫度下，一定量的NO發生分解反應時N₂的體積分數隨時間變化如右圖所示，根據圖像判斷反應N₂（g） + O₂（g）2NO（g）的△H________0(填“＞”或“＜”)。
②在T₃溫度下，向2L密閉容器中充入10molN₂與5mo1O₂，50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，則該反應的速率υ(N₂)＝___________________。該溫度下，若開始時向上述容器中充入N₂與O₂均為1 mol，則達到平衡后N₂的轉化率為____________。

(2)利用右圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO₂，用陰極排出的溶液可吸收NO₂。
①陽極的電極反應式為_____________________。
②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉化為無害氣體，同時有SO₃^2－生成。該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為________。
(3)一定條件下可用甲醇與CO反應生成醋酸消除CO污染。常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/L
Ba(OH)₂溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)，則該混合溶液中醋酸的電離常數Ka＝______________________(用含a和b的代數式表示)。
（4）引起霧霾的PM2.5微細粒子包含(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、有機顆粒物及揚塵等，任寫一種與SO₄^2－互為等電子體的分子                 。

Answer 1

（1）① ＞ ②0.01 mol·L^－1·s^－1；14.3% （2）①SO₂ + 2H₂O－2e^－="=" SO₄^2－+ 4H^＋  ②1:2
（3） ×10^－7 mol·L^－1（不寫單位也給分） （4）CCl₄或  CF₄等

試題分析：（1）①溫度為T₂時首先達到平衡狀態，說明溫度是T₁＜T₂，但溫度高氮氣的體積分數降低，這說明升高溫度平衡向正反應方向進行，因此正方應是吸熱反應，即△H＞0。
②50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，則根據反應的化學方程式可知消耗氮氣的物質的量是1mol，其濃度是0.5mol/L，所以該反應的速率υ(N₂)＝0.5mol/L÷50s＝0.01 mol·L^－1·s^－1；平衡時氮氣和氧氣的濃度分別是5mol/L－0.5mol/L＝4.5mol/L、2.5mol/L－0.5mol/L＝2mol/L，NO的濃度是1mol/L，所以該溫度下平衡常數K＝，如果該溫度下，若開始時向上述容器中充入N₂與O₂均為1 mol，則N₂（g） + O₂（g）2NO（g）
起始濃度（mol/L）0.5        0.5          0
轉化濃度（mol/L） x          x           2x
平衡濃度（mol/L）0.5－x    0.5－x        2x
則 ＝ 
解得x＝ 
因此達到平衡后N₂的轉化率為 ×100%＝14.35
（2）①電解池中陽極極失去電子，發生氧化反應，所以SO₂在陽極通入，被氧化生成硫酸，電極反應式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝4H^＋＋SO₄^2－。
②陰極排除的是S₂O₄^2－在與NO₂的反應中S元素化合價從＋3價升高到＋4價，失去1個電子，則1molS₂O₄^2－失去2mol電子。NO₂轉化為無毒的氣體應該是氮氣，反應中氮元素化合價從＋4價降低到0價，得到4個電子，因此根據電子得失守恒可知氧化劑與還原劑的物質的量之比為1:2。
（3）根據電荷守恒可知2c(Ba^2＋)＋c(H^＋)＝c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)，因此根據2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)可知，溶液中c(H^＋)＝c(OH^－)。根據原子守恒可知2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)＝bmol/L，因此溶液中醋酸分子的濃度是0.5amol/L－bmol/L，則醋酸溶液的電離常數Ka＝ ＝×10^－7 mol·L^－1。
（4）價電子數和原子數分別都相等的是等電子體，硫酸根中含有5個原子，32個價電子，因此與SO₄^2－互為等電子體的分子有CCl₄或CF₄等。