Question

【題目】經研究光化學煙霧和酸雨的形成都與氮氧化物有關。人們研究了諸多有關氮氧化物的性質，請回答下列問題：

(1)處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) K1

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) K2

CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) K3

K1、K2、K3依次為三個反應的平衡常數，則K3＝______________(用K1、K2表示)

(2)在恒容密閉容器中通入等物質的量的CO和NO，在一定條件下發生反應：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，△H，測得NO的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示：

②對于氣相反應，用某組分(B)的平衡分壓強p(B)代替物質的量濃度c(B)也可表示平衡常數kp，求a點的平衡常數kp＝_________(MPa)1(列出計算式，分壓＝總壓×物質的量分數)。

③為探究速率與濃度的關系，該實驗中，根據相關實驗數據，粗略繪制了兩條速率－濃度關系曲線：υ正～c(NO)和υ逆～c(CO2)

則：與曲線υ正～c(NO)相對應的是圖中曲線___________ (填“甲”或“乙”)。當降低反應體系的溫度，反應一段時間后，重新達到平衡，CO2和NO相應的平衡點分別為______(填字母)。

(3)利用電化學原理，將NO2、O2和熔融的KNO3制成燃料電池，模擬工業電解法來處理含Cr2O72－的廢水，如圖所示。電解過程中溶液發生反應：Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。

①甲電池工作時，Y是氣體，可循環使用。則石墨I附近發生的電極反應式為___________。乙池中的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。

②工作時，在相同條件下，甲池內消耗的O2和NO2的體積比為________。

(4)已知H3PO4為三元酸，Ka1＝7.0×10－3 mol·L－1，Ka2＝6.2×10－8mol·L－1，Ka3＝4.5×10－13mol·L－1。則Na2HPO4水溶液呈________ (填“酸”、“中”、“堿”)性，用Ka與Kh的相對大小，說明判斷理由_____________________。

Answer 1

【答案】 乙 H；D NO2 +NO3－ － e－= N2O5 變大 1:4 堿 Na2HPO4水解常數為=1.61×10-7>Ka3＝4.5×10－13mol·L－1

【解析】

(1)利用方程式相加，K相乘，方程式除以2，K開方得到。

(2)建立三段式建立關系，進行計算。

③開始時υ逆～c(CO2)為0，得出曲線υ正～c(NO)相對應的曲線，利用該反應為放熱反應，當降低反應體系的溫度，速率降低，平衡正向移動得出重新達到平衡時CO2、NO平衡點。

(3)①石墨I發生氧化反應，化合價升高，得出石墨I附近發生的電極反應式，乙池中不斷消耗氫離子，得出溶液的pH變化。

②在相同條件下，根據化合價升高相等得到甲池內消耗的O2和NO2的體積比。

(4)根據Na2HPO4水解常數與電離平衡常數比較得出溶液酸堿性。

(1)將第1個方程加第2個方程，再除以2，得到第3個方程，而平衡常數為方程式相加，K相乘，方程式除以2，則K開方，因此K3＝，故答案為：。

(2)設CO和NO物質的量為2mol，則有

2CO(g) ＋ 2NO(g) N2(g) ＋ 2CO2(g)

開始：2mol 2mol 0 0

轉化：1.4mol 1.4mol 0.7mol 1.4mol

平衡：0.6mol 0.6mol 0.7mol 1.4mol

②a點的平衡常數，故答案為：。

③開始時υ逆～c(CO2)為0，因此曲線υ正～c(NO)相對應的是圖中曲線乙，根據第1個圖得出，升溫，NO的平衡轉化率降低，則平衡逆向移動，反應為放熱反應，當降低反應體系的溫度，速率降低，平衡正向移動，重新達到平衡，CO2平衡點為H，NO平衡點為D， 答案為：乙；H；D。

(3)①石墨I發生氧化反應，化合價升高，石墨I附近發生的電極反應式為NO2 +NO3－ － e－= N2O5；乙池中Fe（I）為陽極，電極反應式為Fe-2e-=Fe2+，Fe（II）為陰極，電極反應式為2H++2e-=H2↑，溶液中發生反應Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，不斷消耗氫離子，因此溶液的pH變大，故答案為：NO2 +NO3－ － e－= N2O5，變大。

②甲池中石墨（I）電極反應式為NO2 +NO3－ － e－= N2O5，石墨（II）電極反應式為O2+4e-+2N2O5=4NO3-，在相同條件下，根據電子守恒相等，甲池內消耗的O2和NO2的體積比為1:4，故答案為1:4。

(4)已知H3PO4為三元酸，Ka1＝7.0×10－3 mol·L－1，Ka2＝6.2×10－8mol·L－1，Ka3＝4.5×10－13mol·L－1，Na2HPO4水解常數為=1.61×10-7>Ka3＝4.5×10－13mol·L－1，因此HPO4-的水解程度大于電離程度，Na2HPO4水溶液呈堿性，故答案為：堿；Na2HPO4水解常數為=1.61×10-7>Ka3＝4.5×10－13mol·L－1。