Question

氮的氧化物和氮的氢化物的任意排放均会对环境造成污染，因此关于其转化的研究对于消除环境污染有着重要意义。

（1）已知T℃时，有如下反应：

反应I：4NH₃（g） + 6NO（g）5N₂ （ g） + 6H₂O（g）   △H = -1804 kJ•mol^-1

反应II：N₂（g） +2O₂（g） 2NO₂（g）  △H = +67.8 kJ•mol^-1

反应III：2NO（g） + O₂ （g） 2 NO₂ （g）   △H =-116.2 kJ•mol^-1

试写出T℃ 时，NH₃与NO₂反应生成不污染环境的物质的热化学反应方程式 ______。

（2）T℃时，向2L密闭容器中加入一定量的NO₂、NO和O₂,发生（1）中反应III,不同时间测得各物质的部分浓度（mol•L^-1） 如下表所示：

时间（ min）	NO	O2	NO2
0	a	0.30	0.10
10	0.14	0.27	b
20	0.10	c	0.20
30	d	0.24	0.22
40	0.08	e	f

①温度不变，反应达平衡后容器中的压强与最初加入气体时的压强之比为_______。

②反应的前 20 min 的平均反应速率v（NO）=________mol•L^-1·min^-1。

③若温度不变，平衡后将反应容器压缩为1L，达到新的平衡后，c（O₂）_____0.48mol•L^-1（填“>”“<”或“ =”）。

（3）某化学兴趣小组利用电解原理设计实验消除NH₃ 与 NO对环境的影响， 并制取KOH溶液和H₂SO₄溶液，其工作原理如下图所示：

     

①从出口B、C产生的气体相同，该气体是_____：从出口 D 得到的溶液是____。

②电解槽左池中发生的电极反应式为________ 。

③电解一段时间，两电极共收集到22.4L气体（标准状况下）时，理论上将生成____________mol KOH。

Answer

8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） ∆H = -2707.4 kJ•mol−1 9∶10 0.005 < N2 或氮气 KOH 溶液 2NH3 - 6e− = N2↑ + 6H+ 2.4

【解析】

（1）根据盖斯定律I×2-III×6+II×3可得目标热化学方程式；

（2）先根据表格数据结合反应III方程式判断起始时NO的物质的量浓度，进而根据30min及40min的数据判断平衡状态并进行相关计算；

（3）根据装置图先判断电解池的阴极和阳极，再结合两极通入的物质判断相关的产物和电极反应式。

（1）已知T℃时，有如下反应：

反应I：4NH3（g） + 6NO（g）5N2 （ g） + 6H2O（g） △H = -1804 kJ•mol-1

反应II：N2（g） +2O2（g） 2NO2（g） △H = +67.8 kJ•mol-1

反应III：2NO（g） + O2 （g） 2 NO2 （g） △H =-116.2 kJ•mol-1

根据盖斯定律，I×2-III×6+II×3可得NH3与NO2反应生成不污染环境的物质即N2和H2O的热化学反应方程式为8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） ∆H = -2707.4 kJ•mol−1；

（2）①T℃时，向2L密闭容器中加入一定量的NO2、NO和O2，发生反应2NO（g） + O2 （g） 2 NO2（g），0~10min时间段内，O2的物质的量浓度减少了0.03mol/L，则相同时间内NO的物质的量浓度减少0.06mol/L，所以NO的起始物质的量浓度为0.14mol/L+0.06mol/L=0.20mol/L；30min时O2的物质的量浓度为0.24mol/L，说明0~30min时间段内O2的物质的量浓度减少了0.06mol/L，则相同时间内NO的物质的量浓度减少0.12mol/L，即d为0.08mol/L，因40min时NO的物质的量浓度也为0.08mol/L，说明30min时反应达到平衡状态；温度不变，反应达平衡后容器中的压强与最初加入气体时的压强之比等于平衡时各气体物质的量之和与最初加入气体时的物质的量之和的比值，即比值为 = 9∶10；

②反应的前 20 min 的平均反应速率v（NO）= =0.005mol•L-1·min-1；

③温度不变，平衡后将反应容器压缩为1L，若平衡不移动，则c（O2）等于0.48mol•L-1，而缩小容器体积时压强增大，平衡正向移动，所以达到新的平衡后，c（O2）小于0.48mol•L-1；

（3）据图可知，电解池左端连接外加电源的正极，为电解池的阳极，发生的电极反应为2NH3 - 6e− = N2↑ + 6H+，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左侧，与氢离子结合得硫酸溶液，右端连接外加电源的负极，为电解池的阴极，发生的电极反应为2NO +2H2O+4e− = N2↑ + 4OH-，钾离子通过阳离子交换膜进入右侧与氢氧根离子结合得KOH溶液；

①根据电极反应式可知，从出口B、C产生的气体相同，均为氮气，从出口D得到的溶液是KOH 溶液；

②根据分析可知，电解槽左池为阳极，发生的电极反应式为2NH3 - 6e− = N2↑ + 6H+；

③根据得失电子守恒，相同时间内电解池阳极和阴极产生的氮气比为2∶3，当电解一段时间，两电极共收集到标准状况下22.4L气体即1mol气体时，阴极生成的氮气为0.6mol，根据阴极反应式2NO +2H2O+4e− = N2↑ + 4OH-可知，理论上将生成0.6mol×4=2.4mol KOH。