Question

7．火力發(fā)電廠產生的煙氣中含有CO₂、CO、SO₂等物質，直接排放會對環(huán)境造成危害．對煙氣中CO₂、CO、SO₂等物質進行回收利用意義重大．
（1）“濕式吸收法”利用吸收劑與煙氣中的SO₂發(fā)生反應從而脫硫，其中“鈉堿法”用NaOH溶液作吸收劑，向100mL2mol•L^-1的NaOH溶液中通入標準狀況下4.48LSO₂氣體，反應后測得溶液pH＜7．則溶液中下列各離子濃度關系正確的是abd（填字母序號）．
a．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）      
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（OH^-）
d．c（H⁺）=c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）+c（OH^-）
（2）工業(yè)上常用高濃度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用電解法使K₂CO₃溶液再生，其裝置示意圖如圖所示：
①在陽極區(qū)發(fā)生的反應中的非氧化還原反應的離子方程式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
②簡述CO₃^2-在陰極區(qū)再生的原理HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小，平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應生成CO₃^2-，CO₃^2-再生．
（3）下表中列出了25℃、l0l kPa時一些物質的燃燒熱數據：

物質	CH4	C2H2	H2
燃燒熱/kJ•mol-1	890.3	1299.6	285.8

已知鍵能：C-H鍵：413.4kJ．mol^-l．H-H鍵：436.0kJ•mol^-1，請計算：
①2CH₄（g）=C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=376.4 kJ•mol^-1
②C₂H₂中-C≡C-的鍵能為796.0 kJ/molkJ•mol^-l
（4）熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．負極反應式為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．
為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質組成應保持穩(wěn)定，為此電池工作時必須有部分A物質參加循環(huán)，則A物質的化學式是CO₂．

Answer 1

分析 （1）n（SO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者反應的化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反應后測得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HSO₃^-電離程度大于水解程度，結合溶液的電中性原則、物料守恒以及質子守恒解答該題；
（2）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
②碳酸氫根離子程度電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子；
（3）①由CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-890.3kJ/mol①，C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1299.6 kJ/mol②，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③，依據②+③×3-①×2可得：C₂H₂（g）+3H₂（g）═2CH₄（g）△H=-376.4 kJ/mol，根據蓋斯定律計算反應的焓變；
②依據化學反應的焓變=反應物總鍵能-生成物的總鍵能；
（4）燃料電池中，負極發(fā)生的反應一定是燃料失去電子的過程，電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環(huán)利用的物質只有二氧化碳．

解答 解：（1）n（SO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者反應的化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a、亞硫酸是弱酸，反應后測得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，說明HSO₃^-電離程度大于水解程度，即c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），NaHSO₃溶液是鹽溶液，電離出鈉離子和亞硫酸氫根離子，HSO₃^-電離和水解程度相對于亞硫酸鈉的電離都比較小，所以c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故a正確；
b、NaHSO₃溶液是鹽溶液，電離出鈉離子和亞硫酸氫根離子，因HSO₃^-電離和水解，所以c（Na⁺）＞c（HSO₃^-），NaHSO₃溶液pH＜7，所以c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故
b正確；
c、溶液中一定存在電荷守恒，陽離子所帶的正電荷總數等于陰離子所帶的負電荷總數即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c錯誤；
d、根據質子守恒，c（H⁺）=c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）+c（OH^-），故d正確．
故答案為：abd；
（2）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，
故答案為：HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小，平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應生成CO₃^2-，CO₃^2-再生；
（3）①由CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-890.3kJ/mol①，C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1299.6 kJ/mol②，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③，依據②+③×3-①×2可得：C₂H₂（g）+3H₂（g）═2CH₄（g）△H=-376.4 kJ/mol，則 2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=+376.4 kJ•mol^-1，故答案為：+376.4 kJ•mol^-1；
②根據2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=+376.4 kJ•mol^-1，△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=C≡C鍵的鍵能+2×413.4kJ/mol+3×436.0kJ/mol-8×413.4kJ/mol=-376.4KJ/mol，則C≡C鍵的鍵能=796.0 kJ/mol，故答案為：796.0 kJ/mol；
（4）燃料電池中，負極發(fā)生的反應一定是燃料失去電子的過程，該電池的電解質環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環(huán)利用的物質只有二氧化碳（CO₂），故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；CO₂．

點評 本題主要考查了溶液中離子濃度大小比較、燃燒熱的應用以及燃料電池和電解池的工作原理知識，掌握燃燒熱的定義和蓋斯定律的運用、明確原電池和電解池的工作原理是關鍵，題目難度中等．