Question

工业产生的废气CO_x、NO_x、SO_x对环境有害，若能合理的利用吸收，可以减少污染，变废为宝。

（1）已知甲烷的燃烧热为890kJ/mol；1mol 水蒸气变成液态水放热44k；N₂与O₂反应生成NO 的过程如下:

则CH₄(g) +4NO(g)=2N₂ (g) +CO₂(g) +2H₂O(g)△H=_________。

（2）汽车尾气中含有CO 和NO，某研究小组利用反应:

2CO(g)+2NO(g) N₂(g)+2CO₂(g)实现气体的无害化排放。T₁℃时，在恒容的密闭容器中通入一定量的CO 和NO，能自发进行上述反应，测得不同时间的NO和CO 的浓度如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)10^-3mol/L	1.00	0.45	0.25	0.15	0.10	0.10
c(CO)10^-3mol/L	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

①0~2 s 内用N₂表示的化学反应速率为______该温度下，反应的平衡常数K₁________。

②若该反应在绝热恒容条件下进行，则反应达到平衡后体系的温度为T₂℃，此时的化学平衡常数为K₂，则K₁___K₂ (填“>”、“<”或“=”)，原因是____________________。

（3）向甲、乙两个容积均为1L 的恒温恒容的密闭容器中，分别充入一定量的SO₂和O₂(其中，甲充入2molSO₂、1molO₂，乙充入1molSO₂ 、0.5molO₂)，发生反应:2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g) △H=-197.74 kJ/mol，一段时间后达到平衡，测得两容器中c(SO₂)(moI/L)随时间t(min)的变化关系如图所示。

下列说法正确的是_________(填标号)。

①放出的热量Q:Q(甲)>2Q (乙)  

②体系总压强p: p (甲) >2p(Z)

③甲容器达到化学平衡时，其化学平衡常数为4

④保持其他条件不变，若起始时向乙中充入0.4 molSO₂、0.2mol O₂、0.4 molSO₃，则此时v(正)>v(逆)

（4）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂ 可得到多种燃料，其原理如图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有___________________。

②电解时，生成乙烯的电极反应式是__________________________。

（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-9。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4 mol / L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为_______。

Answer

-1168 kJ/mol 1.875×10-4mol/(L·s) 5000(mol/L)-1 > 2CO+2NON2+2CO2 的△S<0，只有当△H<0时，△G=△H-T△S 才能小于0，所以反应为放热反应。若该反应在绝热恒容条件下进行，温度升高，所以K1>K2 ①③ 太阳能转化为电能，电能转化为化学能 2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O 5.6×10-5mol/L

【解析】

（1）根据图2写出热化学方程式，利用甲烷燃烧热写出热化学方程式，根据1mol水蒸气变成液态水放热44kJ写出热化学方程式，再利用盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；

（2）①根据图表，0～2s内，NO的浓度变化为△c（NO）=（1-0.25）×10-3=0.75×10-3mol/L，反应经历的时间为△t=2s，则NO的化学反应平均速率为v（NO）= 计算，根据速率之比等于化学计量数之比计算N2的化学反应平均速率，该反应的化学平衡常数为K= ，根据反应方程式计算各组分的平衡浓度并代入；

②反应为2CO+2NO⇌N2+2CO2，为气体数减少的反应，熵变△S＜0，由于反应能自发进行，则焓变△H也应＜0，反应为放热反应，若该反应在绝热恒容条件下进行，随着反应的进行，容器内温度升高，升温使化学平衡向逆反应方向移动，据此分析平衡常数大小关系；

（3）①该反应反应前气体体积大于反应后体积，即充入反应物物质的量越大则压强越大，进行程度较大，据此分析热量关系；

②该反应反应前气体体积大于反应后体积，即充入反应物物质的量越大则压强越大，进行程度较大，据此分析压强大小；

③向甲、乙两个容积均为1L的恒温恒容的密闭容器中，计算乙中物质的平衡浓度，来计算平衡常数和甲的平衡常数相同，据此计算分析；

④利用浓度商与化学平衡常数比较判断；

（4）①装置图分析可知，太阳能电池是太阳能转化为电能，电解池中是电能转化为化学能；

②电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在阴极生成；

（5）Na2CO3溶液的浓度为1×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=5.0×10-5mol/L，根据Ksp=c（CO32-）•c（Ca2+）计算沉淀时混合溶液中c（Ca2+），原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca2+）的2倍。

(1)根据图示，旧键断裂吸收能量为：945+498=1443KJ/mol，放出能量为：2×630=1260KJ/mol，则热化学方程式为2NO(g)=O2(g)+N2(g)△H=-1260+1443=183KJ/mol①；甲烷燃烧热为890kJ/mol，可写出热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，△H=-890kJ/mol②；H2O(g)=H2O(l)，△H=-44kJ/mol③；由盖斯定律可知②+①×2-③×2，可得CH4 (g) +4NO(g)=2N2 (g) +CO2 (g) +2H2 O(g) △H=-890kJ/mol+183/mol×2-(44kJ/mol)×2=-612kJ•mol-1；故答案为-612kJ•mol-1；

(2) ①前2s内的平均反应速率v(N2)=v(N0)=×=1.875×10-4mol/(L·s)，由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则

       2NO + 2CO 2CO2 + N2

开始(mol/L)  1.00×10-3 3.60×10-3    0    0

转化(mol/L)  9×10-4 9×10-4 9×10-4 4.50×10-4

平衡(mol/L)  1.00×10-4 2.70×10-3 9×10-4 4.50×10-4

则 K==5000；

故答案为1.875×10-4mol/(L·s)；5000

②2CO+2NON2+2CO2 的△S＜0，只有当△H＜0，时△G=△H-T△S才能小于0，反应才能在一定条件下自发进行，所以该反应为放热反应。若该反应在绝热恒容条件下进行，由于初始时只有反应物，反应一定正向进行，达到平衡后反应体系温度升高，所以T1＜T2，对于放热反应，温度升高，平衡初始减小，所以K1＞K2 ，故答案为＞ ；2CO+2NON2+2CO2 的△S＜0，只有当△H＜0，时△G=△H-T△S才能小于0，反应才能在一定条件下自发进行，所以该反应为放热反应。若该反应在绝热恒容条件下进行，由于初始时只有反应物，反应一定正向进行，达到平衡后反应体系温度升高，所以T1＜T2，对于放热反应，温度升高，平衡初始减小，所以K1＞K2；

(3)①该反应反应前气体体积大于反应后体积，即充入反应物物质的量越大则压强越大，进行程度较大，放出热量Q(甲)＞2Q(乙)，故A正确；

②该反应反应前气体体积大于反应后体积，即充入反应物物质的量越大则压强越大，进行程度较大，则压强p(甲)＜2p(乙)；

故B错误；

③乙容器达到化学平衡状态时，c(SO2)=0.5mol/L，c(O2)=0.5mol/L-0.5mol/L×=0.25mol/L，c(SO3)=0.5mol/L，K==4，故C正确；

④浓度商为：=5，浓度商大于化学平衡常数，化学平衡向逆反应方向移动，即v(正)＜v(逆)，故D错误；故选①③；

(4)①太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量转化形式有光能转化为电能，电能转化为化学能，部分电能转化为热能，故答案为太阳能转化为电能，电能转化为化学能；

②电解时，二氧化碳在b极上生成乙烯，电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O，故答案为正；2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；

(5)Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c(CO32-)=×2×10-4mol/L=1×10-4mol/L，根据Ksp=c(CO32-)•c(Ca2+)=2.8×10-9可知，c(Ca2+)=mol/L=2.8×10-5mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为2×2.8×10-5mol/L=5.6×10-5mol/L，故答案为5.6×10-5 mo1/L。