Question

科学家们致力于消除氮氧化物对大气的污染。回答下列问题：

(1)NO在空气中存在如下反应：2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)  ΔH，该反应共有两步第一步反应为2NO(g)N₂O₂(g)  ΔH₁＜0；请写出第二步反应的热化学方程式（ΔH₂用含ΔH、ΔH₁的式子来表示）：_______________________________________。

(2)温度为T₁时，在两个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO₂(g)2NO(g)+O₂(g)，容器I中5min达到平衡。相关数据如表所示：

容器编号	物质的起始浓度(mol/L)	物质的平衡浓度(mol/L)
c(NO2)	c(NO)	c(O2)	c(O2)
I	0.6	0	0	0.2
Ⅱ	0.3	0.5	0.2

①容器Ⅱ在反应的起始阶段向_____(“正反应”、“逆反应”、“达平衡”)方向进行。

②达到平衡时，容器I与容器Ⅱ中的总压强之比为___________

a. ＞1           b. =1           c. ＜1

(3)NO₂存在如下平衡：2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＜0，在一定条件下NO₂与N₂O₄的消耗速率与各自的分压(分压=总压×物质的量分数)有如下关系：υ(NO₂)=k₁·p²(NO₂)，υ(N₂O₄)=k₂·P(N₂O₄)，相应的速率与其分压关系如图所示。一定温度下，k₁、k₂与平衡常数k_p(压力平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是k₁=______；在上图标出点中，指出能表示反应达到平衡状态的点是_____，理由是______________。

(4)可用NH₃去除 NO，其反应原理4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O。不同温度条件下，n(NH₃)：n(NO)的物质的量之比分别为 4：1、3：1、1：3时，得到NO脱除率曲线如图所示：

①曲线a中，NO的起始浓度为6×10^-4 mg·m^-3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为_______mg/(m³·s)。

②曲线b对应NH₃与NO的物质的量之比是_____。

(5)还可用间接电解法除NO。其原理如图所示：

①从A口中出来的物质的是__________________。

②写出电解池阴极的电极反应式_______________。

③用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理__________________。

Answer

N2O2(g)+O22NO2(g) △H2=△H-△H1 正反应 c 2k2·Kp B、D N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4) 1.5×10-4 3：1 O2和较浓的硫酸 2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O 2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-

【解析】

(1)①2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH，第一步反应为②2NO(g)N2O2(g) ΔH1＜0，则第二步反应为①-②，整理可得N2O2(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH2=ΔH-ΔH1；

(2)①对于反应2NO2(g)2NO(g)+O2 (g)，反应温度为T1，反应开始时c(NO2)=0.6 mol/L，c(NO)=c(O2)=0，反应达到平衡时c(O2)=0.2 mol/L，则根据物质转化关系可知，平衡时c(NO2)=0.6 mol/L-2×0.2 mol/L=0.2 mol/L，c(NO)= 2×0.2 mol/L=0.4 mol/L，该温度下化学反应的平衡常数K==0.8，对于容器Ⅱ中进行的上述反应，在开始时刻浓度商Qc=≈0.56＜0.8，则反应向正反应方向进行；

②对于反应Ⅱ，由于NO与O2按照2：1关系发生改变，根据给出的物质的浓度，可认为其等效开始状态为c(O2)=0，c(NO)=(0.5-0.2×2) mol/L=0.1 mol/L，c(NO2)=(0.3+0.2×2) mol/L=0.7 mol/L，反应在1L容器中进行，所以气体的浓度和为气体的物质的量的和，对于容器I，开始时气体的物质的量n(总)I=0.6 mol，容器Ⅱ开始时气体的物质的量n(总)II=0.7 mol+0.1 mol=0.8 mol＞0.6 mol，在相同外界条件下气体的物质的量与压强呈正比，所以达到平衡时，容器I与容器II中的总压强之比小于1，故合理选项是c；

(3)反应达到平衡时v正=v逆，v正=k1•p2(NO2)，v逆=k2•p(N2O4)，若反应达到平衡，则v(NO2)正=2v(N2O4)逆，所以Kp=，所以k1=2k2•Kp；满足平衡条v(NO2)=2v(N2O4)，即为平衡点，根据图象，B、D所对应的速率刚好为1：2的关系，所以B、D为平衡点；

(4)①曲线a中NO的起始浓度为6×10-4 mg•m-3，A点的脱除率为55%，B点的脱除率为75%，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率V==1.5×10-4 mg/(m3•s)；

②NH3与NO的物质的量的比值越大，NO的脱除率越大，则物质的量之比分别为4：1、3：1、1：3时，对应的曲线为a、b、c，即曲线b对应的物质的量之比是3：1；

(5)①阳极电解质溶液为稀H2SO4，在阳极，溶液中水电离产生的OH-失去电子发生氧化反应，电极反应式为：2H2O-2e-=O2↑+4H+，由于水不断放电消耗，所以阳极区H2SO4溶液浓度不断增大，所以从A口中出来的物质的是O2和较浓的硫酸；

②在电解池阴极上得到电子发生还原反应，根据图可知是HSO3-在酸性条件下发生还原反应，生成S2O42-，其电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

③根据图示，吸收池中S2O42-和NO是反应物，N2和HSO3-是生成物，则根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得吸收池中除去NO的原理是2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-。