Question

【題目】秋冬季是霧霾高發(fā)的季節(jié)，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾的主要原因之一。

（1）工業(yè)上利用甲烷催化還原NO，可減少氮氧化物的排放。

已知：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1160kJ·mol1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為_____________________________________。

（2）汽車尾氣催化凈化是控制汽車尾氣排放、減少汽車尾氣污染的最有效的手段，主要原理為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH<0

T℃時，將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，反應(yīng)過程(0～15min)中NO的物質(zhì)的量隨時間變化如上圖所示。

①已知：平衡時氣體的分壓＝氣體的體積分數(shù)×體系的總壓強，T℃時達到平衡，此時體系的總壓強為p=20MPa，則T℃時該反應(yīng)的壓力平衡常數(shù)Kp＝_______；平衡后，若保持溫度不變，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡將_____(填“向左”、“向右”或“不”)移動。

②15min時，若改變外界反應(yīng)條件，導(dǎo)致n(NO)發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件可能是__(填序號)

A.增大CO濃度B.升溫C.減小容器體積D.加入催化劑

（3）工業(yè)上常采用“堿溶液吸收”的方法來同時吸收SO2，和氮的氧化物氣體(NOx)，如用氫氧化鈉溶液吸收可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。已知：常溫下，HNO2的電離常數(shù)為Ka=7×10-4，H2SO3的電離常數(shù)為Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8。

①常溫下，相同濃度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH較大的是______溶液。

②常溫下，NaHSO3顯___性(填“酸”“堿”或“中”，判斷的理由是(通過計算說明)_____________。

（4）鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見有+3、+4兩種價態(tài)。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-（二者物質(zhì)的量之比為1∶1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時再生Ce4+，其原理如圖所示。

①Ce4+從電解槽的_____(填字母代號)口流出。

②寫出陰極的電極反應(yīng)式：_______________________________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol1 0.0875(MPa)-1或(MPa)-1 不 AC Na2SO3 酸 因為HSO3-的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，水解常數(shù)Kh=≈8.3×10-13，電離常數(shù)大于水解常數(shù)，所以溶液顯酸性 a 2NO2-+8H++6e=N2↑+4H2O

【解析】

(4)電解過程中Ce3+在陽極失電子，變?yōu)?/span>Ce4+，則b進Ce3+，a出Ce4+，NO2-在陰極得電子變?yōu)?/span>N2，則d進NO2-，c出N2。

(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574kJ·mol1

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1160kJ·mol1

得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH==-867kJ·mol1，故答案為：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol1；

(2)①由圖可知，NO起始物質(zhì)的量為0.4mol，0到15min共減少了0.2mol，則，平衡時p(NO)= 20MPa×=MPa，同理可得：p(CO)=MPa，p(N2)=MPa，p(CO2) =MPa，所以Kp＝==0.0875(MPa)-1或(MPa)-1。再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，加入的NO和CO2物質(zhì)的量相等，那么二者引起壓強增大量相等，假設(shè)二者引起的壓強增量分別為p，則Qc==(MPa)-1，Qc=Kp，平衡不移動，故答案為：0.0875(MPa)-1或(MPa)-1；不；

②由圖可知NO物質(zhì)的量減小，說明平衡正向移動。

A．增大CO濃度，平衡正向移動，NO物質(zhì)的量減小，A正確；

B．升溫，平衡逆向移動，NO物質(zhì)的量增大，B錯誤；

C．減小容器體積，等同于增大壓強，平衡正向移動，NO物質(zhì)的量減小，C正確；

D．加入催化劑，反應(yīng)速率增大，但平衡不移動，NO物質(zhì)的量不變，D錯誤；

故答案為：AC；

(3)①HNO2的電離常數(shù)為Ka=7×10-4，H2SO3的電離常數(shù)為Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8可知，HNO2的酸性強于HSO3-的酸性，則NO2-的水解程度小于SO32-，所以相同濃度的Na2SO3、NaNO2溶液，Na2SO3的堿性更強，pH更大，故答案為：Na2SO3；

②HSO3-+H2OH2SO3，Ka2×Kh=Kw，故HSO3-的水解常數(shù)Kh=≈8.3×10-13，又因為HSO3-的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，所以，HSO3-的電離常數(shù)大于水解常數(shù)，常溫下，NaHSO3顯酸性，故答案為：酸；因為HSO3-的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，水解常數(shù)Kh=≈8.3×10-13，電離常數(shù)大于水解常數(shù)，所以溶液顯酸性；

(4)①生成Ce4+，則Ce3+-e-= Ce4+，Ce4+在陽極生成，從a口流出，故答案為：a；

②NO2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，則NO2-在陰極得電子，轉(zhuǎn)化為N2，結(jié)合電子得失守恒、電荷守恒可得陰極電極反應(yīng)為：2NO2-+8H++6e=N2↑+4H2O，故答案為：2NO2-+8H++6e=N2↑+4H2O。