Question

碳是生命的基础，近几年科学家们纷纷掀起了研究碳的热潮。回答下列问题：

（1）2019年人们“谈霾色变”，汽车尾气是雾霾的罪魁之一。汽车尾气净化的原理为：2NO(g)+2CO(g)=2CO₂(g)+N₂(g)    ΔH＜0。

某温度下，恒容的密闭容器中通入NO和CO，测得不同时间的NO和CO的浓度如下表：

①2s内用N₂表示的化学反应速率为___，该温度下，反应的化学平衡常数为___。

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是___(填代号)。

（2）用CH₄催化还原NO_x也可以减少氮的污染。

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

写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O（1）的热化学方程式：___。

（3）常温常压下，测得向水中通入足量的CO₂后，水溶液的pH=5.6。

①若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^-+H⁺的平衡常数K大约为___。(已知：溶液中c(H₂CO₃)=1.5×10^-5 mol⸱L⁻¹，10^-5.6=2.5×10^-6)

②常温下，测得NaHCO₃溶液呈碱性，则溶液中c(H₂CO₃)___c(CO₃^2-)(填“>”“”或“<”)，原因是___ (用离子方程式和必要的文字说明)。

③锅炉中的CaSO₄沉淀可用可溶性碳酸盐浸取，然后加酸除去，浸取过程中会发生反应：CaSO₄(s)+CO₃^2-(aq)CaCO₃(s)+SO₄^2-(aq)。

已知298K时，K_sp(CaCO₃)=2.80×10^-9，K_sp(CaSO₄)=4.90×10^-5，则此温度下该反应的平衡常数K为___(计算结果保留三位有效数字)。

Answer

1.875×10−4 mol⸱L−1⸱s−1 5000 bd CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= −898.1 kJ·mol−1 4.2×10−7 mol⸱L−1 > 碳酸氢钠溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和电离平衡HCO3－ CO32−+H+，水解程度大于电离程度，溶液显碱性 1.75×104

【解析】

⑴①先计算前2s内的Δc(NO)，再计算Δc(N2)和平均反应速率，先计算平衡时每个物质的浓度，再计算平衡常数。

②a. 反应达到平衡时，各物质的速率不再改变；b. 绝热容器中，反应放热，温度升高，平衡常数减小，当平衡常数减小到不改变时，则达到平衡；c. 这两者的物质的量相等不一定能说明达到平衡，只有这两者的物质的量不再改变，则达到平衡；d. 质量分数不再改变，则达到平衡。

⑵第一个方程式减去第二个方程式再加第三个方程式的2倍。

⑶根据电离平衡计算平衡常数；②常温下，测得NaHCO3溶液呈碱性，主要原因是碳酸氢钠溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和电离平衡HCO3－ CO32−+H+，水解程度大于电离程度，溶液显碱性；③浸取过程中会发生反应：CaSO4(s)+CO32− (aq)CaCO3(s)+SO42− (aq)，根据平衡常数和溶度积常数进行计算。

⑴①前2s内的Δc(NO) =(1.00－0.25)×10−3 mol·L−1 =7.50×10−4 mol·L−1，则Δc(N2) = ×7.50×10−4 mol·L−1=3.75×10−4 mol·L−1，平均反应速率；反应达到平衡时c(CO) =1×10−4 mol·L−1，c(NO)= 2.7×10−3 mol·L−1，c(N2) =Δc(N2) = ×9×10−4 mol·L−1=4.5×10−4 mol·L−1，则c(CO2) =Δc(CO2) =Δc(CO)= 9×10−4 mol·L−1，该温度下，反应的化学平衡常数为；故答案为：1.875×10−4 mol⸱L−1⸱s−1；5000。

②a. 反应达到平衡时，各物质的速率不再改变，故a不符合题意；b. 绝热容器中，反应放热，温度升高，平衡常数减小，当平衡常数减小到不改变时，则达到平衡，故b符合题意；c. 这两者的物质的量相等不一定能说明达到平衡，只有这两者的物质的量不再改变，则达到平衡，故c不符合题意；d. 质量分数不再改变，则达到平衡，故d符合题意；综上所述，答案为bd。

⑵第一个方程式减去第二个方程式再加第三个方程式的2倍，即得CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式：CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= −867 kJ·mol−1−(−56.9 kJ·mol−1) +2×(−44 kJ·mol−1) = −898.1 kJ·mol−1；故答案为：CH4(g) + N2O4 (g) = CO2(g)+N2(g)+2H2O(l) ΔH= −898.1 kJ·mol−1。

⑶①忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－+H+的平衡常数K大约为；故答案为：4.2×10−7 mol⸱L−1。

②常温下，测得NaHCO3溶液呈碱性，原因是碳酸氢钠溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + H+和电离平衡HCO3－ CO32−+H+，水解程度大于电离程度，溶液显碱性，因此溶液中c(H2CO3) >c(CO32−)；故答案为：>；碳酸氢钠溶液中存在水解平衡HCO3－+H2OH2CO3 + OH－和电离平衡HCO3－ CO32−+H+，水解程度大于电离程度，溶液显碱性。

③浸取过程中会发生反应：CaSO4(s)+CO32− (aq)CaCO3(s)+SO42− (aq)，

；故答案为：1.75×104。