Question

氮氧化物(主要为NO和NO₂)是大气污染物，如何有效地消除氮氧化物污染是目前科学家们研究的热点问题之一。

(1)用尿素[CO(NH₂)₂]吸收氮氧化物是一种可行的方法。

①尿素在高温条件下与NO₂反应转化成无毒气体，该反应的化学方程式为___________；用尿素溶液也可吸收氮氧化物，研究表明，氮氧化物气体中NO的体积分数越大，总氮被还原率越低，可能的原因是______。

②在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO₂和NH₃，在恒定温度下使其发生反应2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：

则A点的v_正(CO₂)___________(填“>”“<”或“=”)B点的v_逆(H₂O)，原因是________________。

(2)已知O₃氧化氮氧化物的主要反应的热化学方程式如下：2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)△H₁=akJ·mol^－1，NO(g)+O₃(g)=NO₂(g)+O₂(g)△H₂=bkJ·mol^－1，6NO₂(g)+O₃(g)===3N₂ O₅(g)△H₃=c kJ·mol^－1，则反应4NO₂(g)+O₂(g)=2N₂O₅(g)的△H=___________kJ·mol^－1。

(3)氮氧化物也可用碱溶液吸收。若NO和NO₂混合气体被NaOH溶液完全吸收，只生成一种盐，则该盐的化学式为_______；已知常温下，K_a(HNO₂)=5×10^－4,则反应HNO₂(aq)+NaOH(aq)NaNO₂(ag)+H₂O(1)的平衡常数K=___________，相同物质的量浓度的HNO₂、NaNO₂混合溶液中，各离子的物质的量浓度由大到小的顺序为___________。

Answer

4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O NO不溶于水，难以与尿素接触反应 > 由图像知，A点是反应由起始到平衡的反应过程之中，B点反应已达平衡状态，此过程中v正逐渐减小，故A点v正(CO2)>B点的v正(CO2)= B点的v逆(CO2)= v逆(H2O) (a+2c-2b) NaNO2 5×1010 c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)

【解析】

(1)①尿素在高温条件下与NO2反应，氮元素发生了归中反应，生成氮气和二氧化碳，据此写出反应的化学方程式；

随着NO和NO2配比的提高，NO的量增多，而NO不溶于水，也不与水反应，难以与尿素接触反应，造成总氮还原率降低；

②由图像知，A点是反应由起始到平衡的反应过程之中，B点反应已达平衡状态，此过程中v正逐渐减小，故A点v正(CO2)>B点的v正(CO2)=B点的v逆(CO2)= v逆(H2O)；

（2）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol－1，
②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol－1，

③6NO2(g)+O3(g)===3N2 O5(g) △H3=c kJ·mol－1，

由盖斯定律，[①-2×②+③×2]×可得：4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)，△H进行相应的计算；

(3)若NO和NO2混合气体被NaOH溶液完全吸收，只生成一种盐，说明NO中N元素化合价升高，NO2中N元素化合价降低，产物中N元素化合价为+3价；

根据平衡常数K==计算；

相同物质的量浓度的HNO2、NaNO2混合溶液中， HNO2的电离大于NO2-的水解，据此分析离子浓度大小。

(1)①尿素[CO(NH2)2]中氮元素化合价为-3价，而NO2中的氮元素的化合价为+4价，尿素在高温条件下与NO2反应，氮元素发生了归中反应，生成氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为：4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O；

随着NO和NO2配比的提高，NO的量增多，而NO不溶于水，也不与水反应，难以与尿素接触反应，造成总氮还原率降低，所以氮氧化物气体中NO的体积分数越大，总氮被还原率越低；

②由图像知，A点是反应由起始到平衡的反应过程之中，B点反应已达平衡状态，此过程中v正逐渐减小，故A点v正(CO2)>B点的v正(CO2)=B点的v逆(CO2)= v逆(H2O)

则A点的v正(CO2)> B点的v逆(H2O)；

故答案为4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O；NO不溶于水，难以与尿素接触反应；>；由图像知，A点是反应由起始到平衡的反应过程之中，B点反应已达平衡状态，此过程中反应物的浓度逐渐减小导致v正逐渐减小，故A点v正(CO2)>B点的v正(CO2)= B点的v逆(CO2)= v逆(H2O)；

（2）①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol－1，
②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol－1，

③6NO2(g)+O3(g)===3N2 O5(g) △H3=c kJ·mol－1，

由盖斯定律，[①-②×2+③×2]×可得：4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)，则△H=(a+2c-2b)

kJ/mol，
故答案为(a+2c-2b)；

(3)若NO和NO2混合气体被NaOH溶液完全吸收，只生成一种盐，说明NO中N元素化合价升高，NO2中N元素化合价降低，产物中N元素化合价为+3价，发生反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，则该盐的化学式为NaNO2；

HNO2(aq)+NaOH(aq)NaNO2(ag)+H2O(1)的离子方程式为HNO2(aq)+OH-(aq)NO2-(ag)+H2O(1)

平衡常数K====5×1010；

由Ka(HNO2)=5×10－4，知HNO2为弱酸，NO2-的水解常数Kh===2×10-11，Ka(HNO2)> Kh，

故相同物质的量浓度的HNO2、NaNO2混合溶液中， HNO2的电离作用大于NO2-的水解作用，所以各离子的物质的量浓度由大到小的顺序为c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)；

故答案为5×1010；c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。