Question

12．運用化學(xué)反應(yīng)原理消除工業(yè)污染，保護生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義．

（1）采取熱還原法，用碳粉可將氮氧化物還原．
已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6kJ•mol^-1
②C （s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
則反應(yīng)C（s）+2NO（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-574.1kJ•mol^-1
（2）在催化劑作用下，將nmolSO2與nmolCl2充入容積可變的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）（硫酰氯），并始終保持溫度為T，壓強為p．起始時氣體總體積為10L，tmin時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，此時氣體總體積為8L．
①在容積改變的條件下，反應(yīng)速率可用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量變化來表示．則v（SO₂）=$\frac{0.4n}{t}$  mol/min．
②此溫度下，該反應(yīng)的K=$\frac{80}{9n}$．
③相同條件下，若將0.5nmolSO₂與0.5nmolCl₂充入該容器，到達平衡狀態(tài)時，混合物中SO₂Cl₂的物質(zhì)的量是0.2n mol．
（3）利用氨水可以將SO₂和NO₂吸收，原理如圖1所示：NO₂被吸收的離子方程式是2NO₂+4HSO₃^-=N²+4SO₄^2-+4H⁺．
（4）利用如圖2所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂
①陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．
②在堿性條件下，用陰極排除的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時有SO₃^2-生成．該反應(yīng)的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6kJ•mol^-1
②C （s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：②-①可得C（s）+2NO（g）=CO₂（g）+N₂（g），據(jù)此計算；
（2）根據(jù)三段式：
                      SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）
起始（mol）：n            n                  0
轉(zhuǎn)化（mol）：x            x                   x
平衡（mol）：n-x           n-x                x
根據(jù)同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比可知，$\frac{2n}{2n-x}$=$\frac{10}{8}$，解得：x=0.4n mol；
①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念計算；
③恒溫恒壓條件下，將0.5n mol SO2與 0.5n mol Cl2充入該容器，與原平衡比值相同，則到達平衡狀態(tài)時與原平衡等效，到達平衡狀態(tài)時，混合物中SO2Cl2的物質(zhì)的量是0.2n mol；
（3）由圖可知SO₂與氨水混合發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NH₄HSO₃，向該溶液中通入NO₂氣體，與NH₄HSO₃電離產(chǎn)生的HSO₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再根據(jù)守恒寫方程；
（4）①由圖可知，b極上HSO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成S₂O₄^2-，則a電極為正極，b電極為負極，結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫；
②離子方程式為：4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6kJ•mol^-1
②C （s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：②-①可得C（s）+2NO（g）=CO₂（g）+N₂（g），△H=-574.1kJ•mol^-1；
故答案為：-574.1；
（2）根據(jù)三段式：
                      SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）
起始（mol）：n            n                  0
轉(zhuǎn)化（mol）：x            x                   x
平衡（mol）：n-x           n-x                x
根據(jù)同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比可知，$\frac{2n}{2n-x}=\frac{10}{8}$，解得：x=0.4n mol，
①v（SO₂）=$\frac{0.4nmol}{tmin}$=$\frac{0.4n}{t}$mol/min；
故答案為：$\frac{0.4n}{t}$；
②平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，故此溫度下，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{（0.4n÷8）}{（0.6n÷8）^{2}}$=$\frac{80}{9n}$；
故答案為：$\frac{80}{9n}$；
③由上述計算可知，將n mol SO2與n mol Cl2充入容積可變的密閉容器中，得到SO2Cl2 0.4n mol，恒溫恒壓條件下，將0.5n mol SO2與 0.5n mol Cl2充入該容器，與原平衡比值相同，則到達平衡狀態(tài)時與原平衡等效，故將0.5n mol SO2與 0.5n mol Cl2充入該容器，到達平衡狀態(tài)時，混合物中SO2Cl2的物質(zhì)的量是0.2n mol；
故答案為：0.2n mol；
（3）SO₂與氨水混合發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NH₄HSO₃，向該溶液中通入NO₂氣體，與NH₄HSO₃電離產(chǎn)生的HSO₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得反應(yīng)的離子方程式：2NO₂+4HSO₃^-=N²+4SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：2NO₂+4HSO₃^-=N²+4SO₄^2-+4H⁺；
（4）①由圖可知，b極上HSO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成S₂O₄^2-，則a電極為正極，b電極為負極，陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
②陰極排出的溶液中含有S2O42-，在堿性條件下，使NO2轉(zhuǎn)化為無害氣體N2，同時自身被氧化為SO32-，則該反應(yīng)的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O；
故答案為：4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡的有關(guān)計算和電化學(xué)的相關(guān)原理，綜合性較強，學(xué)生要注意掌握基礎(chǔ)，靈活解題，審清題目所給信息，題目難度中等．