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第8章水溶液中的離子平衡（6）
1．二氧化碳的回收利用是環(huán)保領域研究的熱點課題。
(1)在太陽能的作用下，以CO2為原料制取炭黑的流程如圖所示。其總反應的化學方程式為__CO2C＋O2__。
(2)CO2經過催化加氫合成低碳烯烴。其合成乙烯的反應為
2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g) ΔH
幾種物質的能量(在標準狀況下，規(guī)定單質的能量為0，測得其他物質生成時所放出或吸收的熱量)如表所示：
物質
H2(g)
CO2(g)
CH2===CH2(g)
H2O(g)
能量/(kJmol－1)
0
－394
52
－242
則ΔH＝__－128 kJmol－1__。
(3)在2 L恒容密閉容器中充入2 mol CO2和n mol H2，在一定條件下發(fā)生(2)中的反應，CO2的轉化率與溫度、投料比[X＝]的關系如圖所示。
①X1__>__X2(填“>”“<”或“＝”，下同)，平衡常數KA__>__KB。
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10 min，則v(H2)＝__0.225 mol(Lmin)－1__。
(4)以稀硫酸為電解質溶液，利用太陽能將CO2轉化為低碳烯烴，工作原理如圖：
①b電極的名稱是__正極__。
②產生丙烯的電極反應式為__3CO2＋18H＋＋18e－=== CH3CH===CH2＋6H2O__。
解析 (1)由圖示可知CO2在FeO的催化下分解生成C和O2。(2)ΔH＝＋52 kJ/mol＋4(－242 kJ/mol)－2(－394 kJ/mol)＝－128 kJ/mol。(3)①其他條件相同時，投料比越大，H2的轉化率越低、CO2的轉化率越高，所以X1>X2；由(2)可知，正反應為放熱反應，且TA
KB；②v(H2)＝3v(CO2)＝3＝0.225 mol/(Lmin)。(4)①與a電極相連的電極上CO2得到電子發(fā)生還原反應生成乙烯、丙烯等，所以該電極是電解池的陰極，與電源的負極相連，即a極是負極，b極是正極；②丙烯是由CO2在酸性條件下得電子發(fā)生還原反應得到的。
2．氮的氧化物(如NO2、N2O4、N2O5等)應用很廣，在一定條件下可以相互轉化。
(1)N2O5可通過電解或臭氧氧化N2O4的方法制備。電解裝置如圖甲所示(隔膜用于阻止水分子通過)，其陽極反應式為__N2O4＋2HNO3－2e－===2N2O5＋2H＋__。
已知：①2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1
②NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH2
③2NO2(g)N2O4(g) ΔH3
④2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH4
則反應N2O4(g)＋O3(g)===N2O5(g)＋O2(g)的ΔH＝
－ΔH1＋ΔH2－ΔH3－ΔH4 。
(2)N2O5在一定條件下發(fā)生分解：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)。某溫度下測得恒容密閉容器中N2O5濃度隨時間的變化如下表：
t/min
0
1
2
3
4
5
c(N2O5)/(molL－1)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
設反應開始時體系壓強為p0，第2 min時體系壓強為p，則p∶p0＝__1.75__；1～3 min內，O2的平均反應速率為__0.09 molL－1 min－1__。
(3)N2O4與NO2之間存在反應為N2O4(g)2NO2(g)。將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率[α(N2O4)] 隨溫度變化如圖乙所示。
①圖乙中a點對應溫度下，已知N2O4的起始壓強p0為108 kPa，列式計算該溫度下反應的平衡常數Kp＝?。絧0＝108 kPa＝115 kPa (用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓物質的量分數)。
②由圖乙推測N2O4(g)2NO2(g)是吸熱反應還是放熱反應，并說明理由：__吸熱反應，溫度升高，α(N2O4)增加，說明平衡向正反應方向移動__。若要提高α(N2O4)，除改變反應溫度外，其他措施有__減小體系壓強，移出NO2__(要求寫出兩條)。
③對于可逆反應N2O4(g)2NO2(g)，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強間存在關系：v(N2O4)＝k1p(N2O4)，v(NO2)＝k2[p(NO2)]2，其中，k1、k2是與反應及溫度有關的常數。相應的速率—壓強關系如圖丙所示：一定溫度下，k1、k2與平衡常數Kp間的關系是k1＝ k2Kp ；在圖丙標出的點中，指出能表示反應達到平衡狀態(tài)的點并說明理由：__B點與D點，滿足平衡條件v(NO2)＝2v(N2O4)__。
解析 (1)根據圖示，陽極上N2O4失電子發(fā)生氧化反應，轉化為N2O5。由－①＋②－③－④可得目標反應，根據蓋斯定律，ΔH＝－ΔH1＋ΔH2－ΔH3－ΔH4。(2)起始時c(N2O5)＝1 mol/L，第2 min時c(N2O5)＝0.5 mol/L，根據化學方程式可知，第2 min時c(NO2)＝(1－0.5)2＝1 mol/L，c(O2)＝(1－0.5)＝0.25 mol/L，則p∶p0＝(0.5＋1＋0.25)∶1＝1.75；1～3 min內，v(O2)＝v(N2O5)＝＝0.09 molL－1min－1。(3)①設起始時N2O4為1 mol，則平衡時N2O4為[1－α(N2O4)] mol，NO2為2α(N2O4) mol，則平衡時壓強為[1＋α(N2O4)]p0，平衡時N2O4的物質的量分數為，NO2的物質的量分數為，故平衡常數Kp＝2[1＋α(N2O4)]p0＝p0＝108 kPa＝115 kPa。②由圖可知，升高溫度，N2O4的轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，則正反應為吸熱反應；減小壓強、移出NO2均可以使平衡正向移動，N2O4的轉化率提高。③達到平衡2v(N2O4)＝v(NO2)，即2k1p(N2O4)＝k2[p(NO2)]2，＝，故Kp＝，k1＝k2Kp；根據圖示，B點與D點，v(NO2)＝2v(N2O4)，反應達到平衡。
3．消除氮氧化物污染對優(yōu)化空氣質量至關重要。
(1)用CH4催化還原NOx消除氮氧化物污染發(fā)生的反應有：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－574 kJmol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－1 160 kJmol－1
若用0.2 mol CH4將NO2還原為N2，則整個過程中放出的熱量為__173.4__kJ(假設水全部以氣態(tài)形式存在)。
(2)用活性炭可處理大氣污染物NO。在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無雜質)，生成氣體E和F。當溫度分別為T1 ℃和T2 ℃時，測得反應達到平衡時各物質的物質的量如表所示：
物質
n/mol
T/℃
活性炭
NO
E
F
初始
2.030
0.100
0
0
T1
2.000
0.040
0.030
0.030
T2
2.005
0.050
0.025
0.025
①請結合表中數據，寫出NO與活性炭反應的化學方程式：__C＋2NON2＋CO2__。
②T1 ℃時，上述反應的平衡常數的值為__0.562 5__。如果已知T2＞T1，則該反應正反應的ΔH__<__0(填“＞”“＜”或“＝”)。
③在T1 ℃下反應達到平衡后，下列措施不能增大NO轉化率的是__bc__(填字母)。
a．降低溫度 b．增大壓強
c．增大c(NO) d．移去部分F
(3)汽車尾氣處理中的反應有2NO＋2CO2CO2＋N2。某溫度時，在1 L密閉容器中充入0.1 mol CO和0.1 mol NO，5 s時反應達到平衡，測得NO的濃度為0.02 molL－1，則反應開始至平衡時，NO的平均反應速率v(NO)＝__0.016 mol(Ls)－1__。若此溫度下，某時刻測得CO、NO、N2、CO2的濃度分別為0.01 molL－1、a molL－1、0.01 molL－1、0.04 molL－1，要使反應向正反應方向進行，則a的取值范圍為__a>0.01__。
(4)某課題組利用如圖所示裝置，探究NO2和O2化合生成N2O5形成原電池的過程。物質Y的名稱為__五氧化二氮__，該電池正極的電極反應式為__O2＋2N2O5＋4e－===4NO__。
解析 (1)根據蓋斯定律，將題給的兩個熱化學方程式相加得2CH4(g)＋4NO2(g)===2CO2(g)＋2N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 734 kJmol－1，則用0.2 mol CH4將NO2還原為N2，放出熱量173.4 kJ。(2)①根據各物質的物質的量的變化量之比等于系數之比及質量守恒，可知發(fā)生的反應為C＋2NON2＋CO2。②T1 ℃達到平衡時，c(NO)＝0.020 molL－1，c(N2)＝c(CO2)＝0.015 molL－1，故平衡常數K＝＝0.562 5；根據題表中數據可知，溫度由T1 ℃升高到T2 ℃時，平衡逆向移動，所以ΔH<0。③該反應為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，NO的轉化率增大；該反應為氣體分子數不變的反應，增大壓強平衡不移動，故NO的轉化率不變；增大NO濃度，NO的轉化率不變；移去部分生成物，生成物濃度減小，平衡正向移動，NO的轉化率增大，故選bc項。(3)v(NO)＝＝0.016 mol(Ls)－1。該溫度下平衡常數K＝＝1 600，若使反應向正反應方向進行，則<1 600，解得a>0.01。(4)由題意和裝置圖可知，物質Y為N2O5，正極發(fā)生還原反應，故通入O2的一極為正極，正極的電極反應式為O2＋2N2O5＋4e－===4NO。
4．目前，燃煤脫硫是科研工作者研究的重要課題之一，主要脫硫方法有以下幾種。
Ⅰ.CO還原法
原理為2CO(g)＋SO2(g)S(g)＋2CO2(g)，將CO(g)和SO2(g)按物質的量之比為2：1的關系充入容積為10 L的恒容絕熱密閉容器中，反應過程中CO的物質的量隨時間變化如圖甲所示。
(1)下列說法中可以說明可逆反應已達到平衡狀態(tài)的是__abd__(填字母)。
a．容器內壓強不再變化
b．容器中溫度不再變化
c．混合氣體的平均相對分子質量不再變化
d．CO的質量分數不再變化
(2)①在T ℃時反應達到平衡狀態(tài)，該化學反應的平衡常數K＝__64__，平衡時，保持其他條件不變，再向其中充入CO(g)、SO2(g)、S(g)、CO2(g)各1 mol，此時v正__>__v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。
②甲圖中a、b分別表示在一定溫度下，使用質量相同但表面積不同的催化劑時，達到平衡過程中n(CO)的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是__a__(填“a”或“b”)。
Ⅱ.氧化鋅吸收法
(3)該法發(fā)生的主要反應為ZnO(s)＋SO2(g)===ZnSO3(s)，純ZnO的懸浮液的pH約為6.8，脫去SO2的過程中，測得pH隨時間t的變化如圖乙所示，已知硫原子總量一定的SO、HSO、H2SO3的混合溶液中各組分的含量與pH的關系如圖丙所示。
①充分吸收SO2后的混合體系中硫元素的主要存在形式是__HSO__。
②結合圖乙與圖丙分析，bc段發(fā)生的主要反應的化學方程式是__ZnSO3＋SO2＋H2O===Zn(HSO3)2__。
Ⅲ.氫氧化鈉溶液吸收法
(4)用NaOH溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液可制得硫酸。電解原理示意圖如圖丁。請寫出開始時陽極反應的電極反應式：__HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋__。
解析 (1)根據方程式可知該反應是一個氣體分子數不變的反應。a項，由于是恒容絕熱容器，反應一定伴有熱量變化，故若反應未達平衡，氣體分子數不變，溫度一定變化，容器中壓強一定會變，則壓強不變反應到達平衡，正確；b項，容器內溫度不變，說明反應達到平衡，正確；c項，反應前后氣體總質量不變，氣體分子數不變，故氣體的平均相對分子質量一定不變，錯誤；d項，CO的質量分數不變，說明反應一定到達平衡狀態(tài)，正確。(2)①根據方程式：
2CO(g)＋SO2(g)S(g)＋2CO2(g)
0.1 0.05 0 0
0.08 0.04 0.04 0.08
0.02 0.01 0.04 0.08
代入平衡常數表達式可得K＝＝64；若再加入各物質1 mol，則Qc＝<64，平衡正向移動，即正反應速率大于逆反應速率。(3)①觀察圖乙可知充分吸收二氧化硫后溶液的pH約為4，結合圖丙可知，體系中存在的主要是HSO；②觀察圖形可知bc段發(fā)生的是亞硫酸鋅吸收二氧化硫生成Zn(HSO3)2的過程，故化學方程式為ZnSO3＋SO2＋H2O===Zn(HSO3)2。
2019年高考化學一輪課時達標習題 第8章 水溶液中的離子平衡（6）（含解析）.doc
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