Question

【題目】碳是生命的基礎，近幾年科學家們紛紛掀起了研究碳的熱潮。回答下列問題：

（1）2019年人們“談霾色變”，汽車尾氣是霧霾的罪魁之一。汽車尾氣凈化的原理為：2NO(g)+2CO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH＜0。

某溫度下，恒容的密閉容器中通入NO和CO，測得不同時間的NO和CO的濃度如下表：

①2s內用N2表示的化學反應速率為___，該溫度下，反應的化學平衡常數為___。

②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是___(填代號)。

（2）用CH4催化還原NOx也可以減少氮的污染。

已知：CH4(g)+2NO2(g)= CO2(g)+ N2(g)+2H2O(g) ΔH=867kJ/mol

2NO2(g)=N2O4(g) ΔH=-56.9kJ/mol

H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0kJ/mol

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O（1）的熱化學方程式：___。

（3）常溫常壓下，測得向水中通入足量的CO2后，水溶液的pH=5.6。

①若忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則H2CO3HCO3-+H+的平衡常數K大約為___。(已知：溶液中c(H2CO3)=1.5×10-5 molL1，10-5.6=2.5×10-6)

②常溫下，測得NaHCO3溶液呈堿性，則溶液中c(H2CO3)___c(CO32-)(填“>”“”或“<”)，原因是___ (用離子方程式和必要的文字說明)。

③鍋爐中的CaSO4沉淀可用可溶性碳酸鹽浸取，然后加酸除去，浸取過程中會發生反應：CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)。

已知298K時，Ksp(CaCO3)=2.80×10-9，Ksp(CaSO4)=4.90×10-5，則此溫度下該反應的平衡常數K為___(計算結果保留三位有效數字)。

Answer 1

【答案】1.875×104 molL1s1 5000 bd CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= 898.1 kJ·mol1 4.2×107 molL1 > 碳酸氫鈉溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和電離平衡HCO3－ CO32+H+，水解程度大于電離程度，溶液顯堿性 1.75×104

【解析】

⑴①先計算前2s內的Δc(NO)，再計算Δc(N2)和平均反應速率，先計算平衡時每個物質的濃度，再計算平衡常數。

②a. 反應達到平衡時，各物質的速率不再改變；b. 絕熱容器中，反應放熱，溫度升高，平衡常數減小，當平衡常數減小到不改變時，則達到平衡；c. 這兩者的物質的量相等不一定能說明達到平衡，只有這兩者的物質的量不再改變，則達到平衡；d. 質量分數不再改變，則達到平衡。

⑵第一個方程式減去第二個方程式再加第三個方程式的2倍。

⑶根據電離平衡計算平衡常數；②常溫下，測得NaHCO3溶液呈堿性，主要原因是碳酸氫鈉溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和電離平衡HCO3－ CO32+H+，水解程度大于電離程度，溶液顯堿性；③浸取過程中會發生反應：CaSO4(s)+CO32 (aq)CaCO3(s)+SO42 (aq)，根據平衡常數和溶度積常數進行計算。

⑴①前2s內的Δc(NO) =(1.00－0.25)×103 mol·L1 =7.50×104 mol·L1，則Δc(N2) = ×7.50×104 mol·L1=3.75×104 mol·L1，平均反應速率；反應達到平衡時c(CO) =1×104 mol·L1，c(NO)= 2.7×103 mol·L1，c(N2) =Δc(N2) = ×9×104 mol·L1=4.5×104 mol·L1，則c(CO2) =Δc(CO2) =Δc(CO)= 9×104 mol·L1，該溫度下，反應的化學平衡常數為；故答案為：1.875×104 molL1s1；5000。

②a. 反應達到平衡時，各物質的速率不再改變，故a不符合題意；b. 絕熱容器中，反應放熱，溫度升高，平衡常數減小，當平衡常數減小到不改變時，則達到平衡，故b符合題意；c. 這兩者的物質的量相等不一定能說明達到平衡，只有這兩者的物質的量不再改變，則達到平衡，故c不符合題意；d. 質量分數不再改變，則達到平衡，故d符合題意；綜上所述，答案為bd。

⑵第一個方程式減去第二個方程式再加第三個方程式的2倍，即得CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學方程式：CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= 867 kJ·mol1(56.9 kJ·mol1) +2×(44 kJ·mol1) = 898.1 kJ·mol1；故答案為：CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= 898.1 kJ·mol1。

⑶①忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則H2CO3HCO3－+H+的平衡常數K大約為；故答案為：4.2×107 molL1。

②常溫下，測得NaHCO3溶液呈堿性，原因是碳酸氫鈉溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + H+和電離平衡HCO3－ CO32+H+，水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，因此溶液中c(H2CO3) >c(CO32)；故答案為：>；碳酸氫鈉溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和電離平衡HCO3－ CO32+H+，水解程度大于電離程度，溶液顯堿性。

③浸取過程中會發生反應：CaSO4(s)+CO32 (aq)CaCO3(s)+SO42 (aq)，

；故答案為：1.75×104。