Question

【題目】人類生活、工業(yè)生產(chǎn)往往產(chǎn)生大量含碳、氮、硫的廢棄氣體，合理再利用或轉(zhuǎn)化上述氣體，變廢為寶成為人們共同關(guān)注的課題。

I.某化學(xué)課外小組查閱資料后得知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正·c2(NO)，v1逆=k1逆·c(N2O2) H1<0

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆·c2(NO2) H2<0

請回答下列問題：

(1)反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的H=_______(用含H1和H2的式子表示)。一定溫度下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態(tài)，寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常數(shù)的表達式K=_______。

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應(yīng)速率是反應(yīng)②，反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1______E2(填“>”、“<”或“=”)。

(3)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強有如下關(guān)系：v(N2O4)=k1·p(N2O4)，v(NO2)=k2·p2(NO2)。其中k1、k2是與溫度有關(guān)的常數(shù)。一定溫度下，相應(yīng)的速率與壓強關(guān)系如圖所示，在圖中標(biāo)出的點中，能表示該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的兩個點是________。

II.某學(xué)習(xí)小組以SO2為原料，采用電化學(xué)方法制取硫酸。

(4)原電池原理：該小組設(shè)計的原理示意圖如圖，寫出該電池負極的電極反應(yīng)式_____。

(5)電解原理：該小組用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液制得了硫酸。原理如圖，寫出開始電解時陽極的電極反應(yīng)式_________。

(6)已知25℃時由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，則該混合溶液中各離子濃度的大小順序為______(已知25℃時，H2SO3的電離平衡常數(shù)Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

Answer 1

【答案】H1+H2 < BD SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+ c(Na+)> c(SO32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)

【解析】

I.(1)根據(jù)蓋斯定律計算所求反應(yīng)的焓變，一定溫度下，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，平衡時v(正)=v(逆)，結(jié)合速率方程推導(dǎo)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式；

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)②，則反應(yīng)②就是速控步驟，整個反應(yīng)化學(xué)速率取決于速控步驟的反應(yīng)，活化能越高，反應(yīng)速率越慢；

(3)反應(yīng)達到平衡時，存在速率關(guān)系為v(正)=v(逆)，根據(jù)圖象和速率表達式分析，解釋原因；

II.(4)依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；

(5)根據(jù)化合價變化判斷陽極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽極反應(yīng)式。

(6)利用25℃時，H2SO3的電離平衡常數(shù)Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常數(shù)，從而得知Na2SO3的水解與NaHSO3的電離程度相等。

I.(1)反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，則該反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>△H=△H1+△H2；

一定溫度下，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，平衡時v(正)=v(逆)，由于2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可由①+②得到，所以該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=K1K2，根據(jù)速率方程式，K1=，K2=，則K= K1K2=；

(2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)②，則反應(yīng)②就是速控步驟，整個反應(yīng)化學(xué)速率取決于速控步驟的反應(yīng)，反應(yīng)的活化能越高，反應(yīng)速率越慢，速控步驟是慢反應(yīng)，因此化學(xué)反應(yīng)速率①＞②，可見②的活化能更高，因此反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1<E2；

(3)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)達到平衡時，存在速率關(guān)系為v(正)=v(逆)，根據(jù)反應(yīng)方程式，應(yīng)為NO2的消耗速率是N2O4消耗速率的兩倍，根據(jù)圖象，因此能表示該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的兩個點是B和D；

II. (4)該原電池中，負極上二氧化硫失電子被氧化產(chǎn)生硫酸，所以負極上的電極反應(yīng)式為：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；

(5)電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO3-溶液失去電子被氧化生成SO42-，則陽極電極反應(yīng)式是：HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+；

(6)已知25℃時，H2SO3的電離平衡常數(shù)Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解常數(shù)為Kh==1×10-7，可知Na2SO3的水解與NaHSO3的電離程度相等，則在25℃時由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，可知c(SO32-)=c(HSO3-)，則溶液中存在c(Na+)> c(S32-)=c(HSO3-)>c(OH-)=c(H+)。