Question

【題目】汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、NO、NO2等。

（1）利用氨水可以將SO2、氮氧化物吸收，原理如下圖所示。

①25℃時(shí)，在pH=5的 NH4HSO3溶液中，c(SO32－)+c(NH3·H2O)－c(H2SO3)=__________mol/L(填確值)

②請(qǐng)寫出NO2和NO按體積比1：1被吸收時(shí)反應(yīng)的離子方程式_____________________。

（2）科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。

①已知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=－113.0kJ·mol－1

3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(g)+NO(g) △H2=－138.0 kJ·mol－1

TiO2催化尾氣降解原理可表示為：2COg)+O2(g)2CO2(g) △H3

則2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g) △H4=______________________。

②在O2、H2O(g)濃度一定條件下，模擬CO、NO的降解，得到其降解率(即轉(zhuǎn)化率)如圖1所示。請(qǐng)解釋T1后NO降解率下降的可能原因______________________。

（3）瀝青混凝土也可降解CO。如圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)在不同溫度下，反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得CO降解率變化。結(jié)合如圖回答下列問題：

①已知在50℃時(shí)在α型瀝青混凝土容器中，平衡時(shí)O2濃度為0.01mol·L－1，求此溫度下CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)____________________________________________。(用含x的代數(shù)式表示)

②科研團(tuán)隊(duì)以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，在10℃~60℃范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)?jiān)谌鐖D中用線段與“”陰影描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現(xiàn)的最大區(qū)域范圍(在圖中畫出)。____________

（4）TiO2納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進(jìn)行電解，寫出陽極的電極反應(yīng)式____________________________________________。

Answer 1

【答案】10-5-10-9 NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+ -615kJ/mol 溫度升高，平衡逆向移動(dòng)

(圖像畫法說明：陰影部分a點(diǎn)之前在型上方，a點(diǎn)之后重合) Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+

【解析】

(1) ①25℃時(shí)，在pH=5的 NH4HSO3溶液中存在電荷守恒：c(OH-)+ c(HSO3－)+2c(SO32－) =c(NH4+)+c(H+)，物料守恒：c(NH4+)+ c(NH3·H2O)= c(HSO3－)+c(SO32－)+ c(H2SO3)，據(jù)此分析；

②根據(jù)流程圖知，NO2、NO與NH4HSO3反應(yīng)，+4價(jià)的氮氧化+4價(jià)的硫，NO2、NO被NH4HSO3吸收生成N2，NO2、NO得電子被還原，則HSO3－被氧化生成SO42－，據(jù)此書寫離子方程式；

(2)①根據(jù)已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
②根據(jù)平衡移動(dòng)原理來分析，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
(3)①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
②據(jù)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)畫圖；
(4)據(jù)陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)書寫電極反應(yīng)方程式。

(1) 25℃時(shí)，在pH=5的 NH4HSO3溶液中存在電荷守恒：c(OH-)+ c(HSO3－)+2c(SO32－) =c(NH4+)+c(H+)，物料守恒：c(NH4+)+ c(NH3·H2O)= c(HSO3－)+c(SO32－)+ c(H2SO3)，則c(SO32－)+c(NH3·H2O)－c(H2SO3)= c(H+)- c(OH-)=（10-5-10-9）mol/L；

②根據(jù)流程圖知，NO2、NO與NH4HSO3反應(yīng)，+4價(jià)的氮氧化+4價(jià)的硫，NO2、NO被NH4HSO3吸收生成N2，NO2、NO得電子被還原，則HSO3－被氧化生成SO42－，反應(yīng)的方程式為：NO+NO2+3NH4HSO3=N2+3NH4HSO4，離子方程式為NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+，
因此，本題正確答案是：NO+NO2+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+；
(2)①反應(yīng)Ⅰ：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=－113.0kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅱ：3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(g)+NO(g) △H2=－138.0 kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律(Ⅰ×3+Ⅱ×2)得反應(yīng)2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)

則△H4=[(－113.0kJ·mol－1) ×3+(－138.0 kJ·mol－1) ×2]= -615kJ/mol

因此，本題正確答案是：-615kJ/mol；
②由以上計(jì)算可知，2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，造成HNO3濃度降低，
因此，本題正確答案是：溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；

(3)①CO的降解率為x，設(shè)起始CO濃度為amol/L，

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
開始(mol/L) a 0
變化(mol/L)ax ax ax
平衡(mol/L)a-ax0.01 ax

K===
因此，本題正確答案是：；
②據(jù)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故圖為

，
因此，本題正確答案是：；
(4)陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+，
因此，本題正確答案是：Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。