Question

13．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體測量及處理具有重要意義，目前，消除污染有多種方法．
（1）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為：C（s）+2N0（g）?N₂（g）+C0₂（g）△H．某研究小組 向某密閉容器中加人一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下．

	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃時，該反應的平衡常數K=0.56（保留兩位小數）．
②30 min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是減小CO₂的濃度；
③若30 min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．．
（2）用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4N0₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-574 kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4N0（g）═2N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160 kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂0（l）△H=-44.0 kJ．mol^-1
寫出CH₄ （g）與NO₂ （g）反應生成N₂ （g）、CO₂ （g）和H₂0（1）的熱化學方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1
（3）新型氨法煙氣脫硫技術化學原理是采用氨水吸收煙氣中的SO₂，再用一定量磷酸與上述吸收產物反應．該技術優(yōu)點除了能回收利用S0₂外，還能得到一種復合肥料．
①該復合肥料可能的化學式為（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄（寫出一種即可）．
②若氨水與SO₂恰好完全反應生成正鹽，則此時溶液呈堿性（填“酸”或“堿”）．
（已知常溫下：氨水 K_b=1.8×10^-5 mol•L^-1，H₂SO₄  K_a1=1.3×10^-2 mol•L^-1，Ka₂=6．3×10^-8mol•L^-1）
（4）將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的．如圖是通過人工光合作用，以CO₂和H₂0為原料制備HCOOH和0₂的原理示意圖．催化劑b表面發(fā)生的電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．常溫下，0.1 mol/L的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數K_a=10^-7．

Answer 1

分析 （1）①依據圖表數據，平衡狀態(tài)物質的平衡濃度為，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；結合化學平衡常數概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
②依據圖表數據計算分析判斷，30min時改變某一條件，反應重新達到平衡，依據平衡常數計算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L，計算平衡常數結合化學平衡移動原理分析判斷；
③依據平衡濃度之比和30min前達到的平衡濃度比較分析平衡移動方向，結合平衡移動原理判斷反應熱量變化；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算（①+②+③×4）÷2得到所需熱化學方程式；
（3）①該復合肥含有N、P元素，為磷酸銨或磷酸一氫銨或磷酸二氫銨；
②氨水與SO₂恰好完全反應生成正鹽，則反應生成亞硫酸銨，根據電離平衡常數判斷離子的水解平衡常數，根據水解程度相對大小確定溶液的酸堿性；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH；
計算水解平衡常數Kh，再根據Ka=$\frac{Kw}{Kh}$計算．

解答 解：（1）①平衡狀態(tài)物質的平衡濃度為，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.042}$=0.56；
故答案為：0.56；
②30min時改變某一條件，反應重新達到平衡，依據平衡常數計算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.034×0.017}{0.0322}$=0.56，化學平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小二氧化碳濃度；故答案為：減小CO₂的濃度；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，和圖表數據分析判斷，平衡逆向進行，由平衡移動原理可知，升溫平衡向吸熱反應方向進行，所以正反應為放熱反應；反應的△H＜0，故答案：＜；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依據蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（3）①該復合肥含有N、P元素，為磷酸銨或磷酸一氫銨或磷酸二氫銨，化學式分別為（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，
故答案為：（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
②銨根離子的水解平衡常數K=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，亞硫酸根離子水解平衡常數K′=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HS{{O}_{3}}^{-}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K（HS{{O}_{3}}^{-}）}$，
一水合氨的電離平衡常數大于亞硫酸氫根離子的電離 平衡常數，所以銨根離子的水解平衡常數小于亞硫酸根離子水解平衡常數，則亞硫酸根離子水解程度大于銨根離子水解程度，所以溶液呈堿性，
故答案為：堿；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應，為負極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{0.1-1{0}^{-4}}$=10^-7，則HCOOH的電離常數Ka=$\frac{Kw}{Kh}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=10^-7，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；10^-7．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數計算判斷，原電池原理的應用和電極反應書寫，題目難度中等．