Question

【題目】氮的氧化物和氮的氫化物的任意排放均會對環境造成污染，因此關于其轉化的研究對于消除環境污染有著重要意義。

（1）已知T℃時，有如下反應：

反應I：4NH3（g） + 6NO（g）5N2 （ g） + 6H2O（g） △H = -1804 kJmol-1

反應II：N2（g） +2O2（g） 2NO2（g） △H = +67.8 kJmol-1

反應III：2NO（g） + O2 （g） 2 NO2 （g） △H =-116.2 kJmol-1

試寫出T℃ 時，NH3與NO2反應生成不污染環境的物質的熱化學反應方程式 ______。

（2）T℃時，向2L密閉容器中加入一定量的NO2、NO和O2,發生（1）中反應III,不同時間測得各物質的部分濃度（molL-1） 如下表所示：

時間（ 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溫度不變，反應達平衡后容器中的壓強與最初加入氣體時的壓強之比為_______。

②反應的前 20 min 的平均反應速率v（NO）=________molL-1·min-1。

③若溫度不變，平衡后將反應容器壓縮為1L，達到新的平衡后，c（O2）_____0.48molL-1（填“>”“<”或“ =”）。

（3）某化學興趣小組利用電解原理設計實驗消除NH3 與 NO對環境的影響， 并制取KOH溶液和H2SO4溶液，其工作原理如下圖所示：

①從出口B、C產生的氣體相同，該氣體是_____：從出口 D 得到的溶液是____。

②電解槽左池中發生的電極反應式為________ 。

③電解一段時間，兩電極共收集到22.4L氣體（標準狀況下）時，理論上將生成____________mol KOH。

Answer 1

【答案】8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） H = -2707.4 kJmol1 9∶10 0.005 < N2 或氮氣 KOH 溶液 2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+ 2.4

【解析】

（1）根據蓋斯定律I×2-III×6+II×3可得目標熱化學方程式；

（2）先根據表格數據結合反應III方程式判斷起始時NO的物質的量濃度，進而根據30min及40min的數據判斷平衡狀態并進行相關計算；

（3）根據裝置圖先判斷電解池的陰極和陽極，再結合兩極通入的物質判斷相關的產物和電極反應式。

（1）已知T℃時，有如下反應：

反應I：4NH3（g） + 6NO（g）5N2 （ g） + 6H2O（g） △H = -1804 kJmol-1

反應II：N2（g） +2O2（g） 2NO2（g） △H = +67.8 kJmol-1

反應III：2NO（g） + O2 （g） 2 NO2 （g） △H =-116.2 kJmol-1

根據蓋斯定律，I×2-III×6+II×3可得NH3與NO2反應生成不污染環境的物質即N2和H2O的熱化學反應方程式為8NH3（g） + 6NO2（g） 7N2（g） + 12H2O（g） H = -2707.4 kJmol1；

（2）①T℃時，向2L密閉容器中加入一定量的NO2、NO和O2，發生反應2NO（g） + O2 （g） 2 NO2（g），0~10min時間段內，O2的物質的量濃度減少了0.03mol/L，則相同時間內NO的物質的量濃度減少0.06mol/L，所以NO的起始物質的量濃度為0.14mol/L+0.06mol/L=0.20mol/L；30min時O2的物質的量濃度為0.24mol/L，說明0~30min時間段內O2的物質的量濃度減少了0.06mol/L，則相同時間內NO的物質的量濃度減少0.12mol/L，即d為0.08mol/L，因40min時NO的物質的量濃度也為0.08mol/L，說明30min時反應達到平衡狀態；溫度不變，反應達平衡后容器中的壓強與最初加入氣體時的壓強之比等于平衡時各氣體物質的量之和與最初加入氣體時的物質的量之和的比值，即比值為 = 9∶10；

②反應的前 20 min 的平均反應速率v（NO）= =0.005molL-1·min-1；

③溫度不變，平衡后將反應容器壓縮為1L，若平衡不移動，則c（O2）等于0.48molL-1，而縮小容器體積時壓強增大，平衡正向移動，所以達到新的平衡后，c（O2）小于0.48molL-1；

（3）據圖可知，電解池左端連接外加電源的正極，為電解池的陽極，發生的電極反應為2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入左側，與氫離子結合得硫酸溶液，右端連接外加電源的負極，為電解池的陰極，發生的電極反應為2NO +2H2O+4e = N2↑ + 4OH-，鉀離子通過陽離子交換膜進入右側與氫氧根離子結合得KOH溶液；

①根據電極反應式可知，從出口B、C產生的氣體相同，均為氮氣，從出口D得到的溶液是KOH 溶液；

②根據分析可知，電解槽左池為陽極，發生的電極反應式為2NH3 - 6e = N2↑ + 6H+；

③根據得失電子守恒，相同時間內電解池陽極和陰極產生的氮氣比為2∶3，當電解一段時間，兩電極共收集到標準狀況下22.4L氣體即1mol氣體時，陰極生成的氮氣為0.6mol，根據陰極反應式2NO +2H2O+4e = N2↑ + 4OH-可知，理論上將生成0.6mol×4=2.4mol KOH。