Question

17．2012年烏魯木齊機動車保有輛邁入“50萬輛時代”，汽車尾氣已成為重要的空氣污染物
（1）汽車內燃機工作時引起反應：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），是導致汽車尾氣中含有NO 的原因之一．T ⁰C時，向5L密閉容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后達平衡時NO 物質的量為6mol，該反應的速率v（NO）為0.24mol/（L．min）；該條件下的平衡常數(shù)1.2
（2）H₂或CO可以催化還原NO以達到消除污染的目的：
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
則H₂（g）與NO（ g）反應生成N₂ （g）和H₂O（l）的熱化 學方程式為2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol．
②當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．
圖1是反應：2NO（g）+2C0（g）=2CO₂（g）+N₂（g）中NO的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線，據此判斷該反應 的△H＜ O （填“＞”、“＜”或“無法確定”）．若催化劑的表面積增大至S₂，則反 應在T₁、S₂條件下達到平衡時NO的濃度不變（填“增大”、“減小”或“不變”）

（3）人工腎臟可用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素（CO（NH₂）₂），即通過陽極反應 生成具有強氧化作用的中間產物來氧化代謝產物，原理如圖2：
①電源的負極為B （填“A”或“B”）．
②陽極室中發(fā)生的反應為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂
③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將不變；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素為7.2 g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

分析 （1）利用三段式計算各組分物質的量變化量、平衡時各組分物質的量，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；由于反應前后氣體的體積不變，用平衡時物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式計算；
（2）①由蓋斯定律②-①得H₂（g）與N0（ g）反應生成N₂ （g）和H₂0（l）的熱化學方程式；
②T₂溫度先得到平衡，說明反應速率快，故溫度T₂＞T₁，再根據平衡時NO的濃度，判斷升高溫度平衡影響方向，進而判斷反應是吸熱，還是放熱；
催化劑的表面積增大，反應速率加快，但不影響平衡移動；
（3）①由圖可知，右側生成氯氣，發(fā)生還原反應，故右側為原電池的陰極；
②由圖可知，陽極中氯離子生成氯氣，尿素生成二氧化碳、氮氣，最終導出NaCl溶液，故尿素、氯氣、水反應生成HCl、二氧化碳與氮氣；
③陰極是水放電生成氫氣與堿，由電荷守恒可知，電解中左側的氫離子通過質子交換膜加入右側；
根據電子轉移守恒，氯離子失去電子數(shù)等于生成氫氣獲得電子數(shù)，氫氣體積等于氯氣體積，而氯氣又氧化尿素，結合方程式可知氯氣與二氧化碳、氮氣總體積關系，結合兩極總體積計算二氧化碳、氮氣總體積，由元素守恒可知二氧化碳與氮體積之比為1：1，進而計算尿素的質量．

解答 解：（1）向5L密閉容器中充入8mol N₂和9molO₂，5min后達平衡時NO物質的量為6mol，則：
           N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）
開始（mol）：8      9        0
轉化（mol）：3      3        6
平衡（mol）：5      6        6
故v（NO）=$\frac{\frac{6mol}{5L}}{5min}$=0.24mol/（L．min），
由于反應前后氣體的體積不變，用平衡時物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則K=$\frac{{6}^{2}}{5×6}$=1.2，
故答案為：0.24mol/（L．min）；1.2；
（2）①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol  ①
2H₂（g）+0₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol   ②
根據蓋斯定律②-①得H₂（g）與N0（ g）反應生成N₂ （g）和H₂0（l）的熱化學方程式為2H₂（g）+NO（g）=N₂（g）+2H₂0（l）△H=（-571.6kJ/mol）-180.5kJ/mol=-752.1kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+2NO（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-752.1kJ/mol；
②T₂溫度先得到平衡，說明反應速率快，故溫度T₂＞T₁，T₂溫度平衡時NO的濃度較大，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，即△H＜O；
催化劑的表面積增大，反應速率加快，但不影響平衡移動，故平衡時時NO的濃度不變，
故答案為：＜；不變；
（3）①由圖可知，右側生成氯氣，發(fā)生還原反應，故右側為原電池的陰極，連接電源B為負極，故答案為：B；
②由圖可知，陽極中氯離子生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，尿素生成二氧化碳、氮氣，最終導出NaCl溶液，故尿素、氯氣、水反應生成HCl、二氧化碳與氮氣，反應方程式為：3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑； 3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂；
③陰極是水放電生成氫氣與堿，由電荷守恒可知，電解中左側的氫離子通過質子交換膜加入右側，最終溶液pH不變；
根據電子轉移守恒，氯離子失去電子數(shù)等于生成氫氣獲得電子數(shù)，氫氣體積等于氯氣體積，而氯氣又氧化尿素，結合3Cl₂+CO（NH₂）₂+H₂O=6HCl+CO₂+N₂ 可知，氯氣體積為二氧化碳、氮氣總體積為1.5倍，而二者總體積為$\frac{13.44L}{1+1.5}$=5.376L，二氧化碳與氮體積之比為1：1，故氮氣體積為5.376L×$\frac{1}{2}$=2.688L，其物質的量為$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，故尿素的物質的量為0.12mol，則尿素質量為0.12mol×60g/mol=7.2g，
故答案為：不變；7.2．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學反應速率、化學平衡常數(shù)計算、熱化學方程式書寫、化學平衡圖象及影響因素、電解原理及有關計算，側重考查學生對知識的遷移應用，（3）中陽極發(fā)生的有關反應為易錯點、難點，注意根據圖象分析發(fā)生的反應，難度中等．