Question

氮元素的化合物种类繁多，性质也各不相同。请回答下列问题：

（1）NO₂有较强的氧化性，能将SO₂氧化成SO₃，自身被还原为NO，已知下列两反应过程中能量变化如图1、图2所示，则NO₂氧化SO₂生成SO₃(g)的热化学方程式为____。

（2）在氮气保护下，在实验室中用足量的Fe粉还原KNO₃溶液（pH =2.5）。反应过程中溶液中相关离子的质量浓度、pH随时间的变化曲线（部分副反应产物曲线略去）如图3所示。请根据图3中信息写出min前反应的离子方程式____。

（3）研究人员用活性炭对汽车尾气中的NO进行吸附，发生反应C(s) +2NO(g)N₂(g) +CO₂(g) H<0。在恒压密闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO气体，反应相同时间时，测得NO的转化率(NO)随温度的变化如图4所示：

①由图4可知，温度低于1 050 K时，NO的转化率随温度升高而增大，原因是__；温度为1050 K时CO₂的平衡体积分数为__。

②对于反应C(s) +2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)的反应体系，标准平衡常数，其中为标准压强（1×10⁵Pa），、和为各组分的平衡分压，如=·，为平衡总压，为平衡系统中 NO的物质的量分数。若NO的起始物质的量为1 mol，假设反应在恒定温度和标准压强下进行，NO的平衡转化率为，则=__（用含的最简式表示）。

（4）利用现代手持技术传感器探究压强对2NO₂ (g)N₂O₄(g)平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下，往针筒中充入一定体积的NO₂气体后密封并保持活塞位置不变。分别在s、s时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如图5所示。

①B、E两点对应的正反应速率大小为__（填“ > ”“ < ”或“ =”）。

②E、F、G、H四点对应气体的平均相对分子质量最大的点为__。

Answer

NO2(g)＋SO2(g)=SO3(g)＋NO(g) △H=－41.8kJ·mol－1 4Fe＋NO3－＋10H＋=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O 温度低于1050K时，反应未达到平衡状态，随温度升高，反应速率加快，NO转化率增大 40% > H

【解析】

(1)根据图1和图2中的信息，可得热化学方程式①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) △H1=－196.6kJ·mol－1，②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) △H2=－113.0kJ·mol－1，(反应①－反应②)可得NO2氧化SO2的反应方程式，NO2(g)＋SO2(g)=NO(g)＋SO3(g) △H=(△H1－△H2)=[－196.6kJ·mol－1－(－113.0kJ·mol－1)]=－41.8kJ·mol－1，则NO2氧化SO2生成SO3(g)的热化学方程式为NO2(g)＋SO2(g)=SO3(g)＋NO(g)△H=－41.8kJ·mol－1；

(2)根据图像，t1min前，溶液为酸性，反应后pH快速增大，NO3－的量在减小，而Fe2＋和NH4＋的量在增加，说明Fe和NO3－反应生成Fe2＋和NH4＋，离子方程式为4Fe＋NO3－＋10H＋=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O；

(3)①温度低于1050K时，温度较低，化学反应速率较慢，反应没有达到平衡，平衡向正反应反应移动，随着温度升高，化学反应速率增大，NO的转化率增大；平衡时，NO的转化为80%。假设通入NO的物质的量为xmol，利用三等式，有：

则CO2的体积分数为；

②若NO的起始物质的量为1mol，假设反应在恒定温度和标准压强下进行，NO的平衡转化率为α，根据三等式，有：

NO的物质的量分数为，同理N2和CO2的体积分数分别为0.5α、0.5α；则；

(4)在针筒中，体积越小，压强越大，增大压强，平衡正向移动。

①体积越小，各物质的浓度越大，反应速率越大，B点的压强大，E点的压强小，那么B点各物质的浓度大，化学反应速率快，则有vB>vE；

②平均相对分子质量，根据质量守恒，总质量m不变，则n越小，平均相对分子质量越大。反应向正反应方向进行，n会变小，则反应正向进行得越多，平均相对分子质量越大；E点到F点的过程为压缩体积的过程，压强瞬时变大，F到H为压缩体积，平衡正向移动的过程，H达到平衡，则H点，物质的总物质的量n最小，平衡摩尔质量最大。