Question

11．今年來(lái)，天津連續(xù)出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，給人們的出行及身體造成了極大的危害．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO₂．
①在鈉堿循環(huán)法中，Na₂SO₃溶液可作為吸收液，可由NaOH溶液吸收SO₂制得，該反應(yīng)的離子方程式是2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O．
②吸收液吸收SO₂的過(guò)程中，pH隨m（SO₃^2-）：m（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

由上表判斷，NaHSO₃溶液顯酸性（填“酸、”“堿”或“中”），用化學(xué)平衡原理解釋?zhuān)篐SO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于水解程度．
③當(dāng)吸收液的pH將至約為6時(shí)，需送至電解槽再生，再生示意圖如下：

寫(xiě)出HSO₃^-在陽(yáng)極放電的電極反應(yīng)式：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，當(dāng)陰極室中溶液pH升至8以上時(shí)，吸收液再生并循環(huán)利用．
（2）用CH₄催化還原NO₂可以消除氮氧化的污染，例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-1160kJ•mol^-1
若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為1.60N_A（或1.6N_A）（阿伏伽德羅常數(shù)的值用N_A表示），放出的熱量為173.4kJ．
（3）工業(yè)上合成氨所需氫氣的制備過(guò)程中，其中的一步反應(yīng)為：
CO（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂（g）+H₂（g）：△H＜0
一定條件下，將CO（g）與H₂O（g）以體積比為1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得CO（g）與H₂O（g）體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=2.67（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，注意弱電解質(zhì)寫(xiě)化學(xué)式；
②根據(jù)溶液中亞硫酸氫根離子濃度和亞硫酸根離子濃度的相對(duì)大小確定溶液的酸堿性；
③陽(yáng)極上陰離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）根據(jù)反應(yīng)前和反應(yīng)后一氧化碳和水之間的體積比結(jié)合反應(yīng)方程式計(jì)算出平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）①酸性氧化物和堿反應(yīng)生成鹽和水，所以二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，反應(yīng)方程式為2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O，
故答案為：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；
②在溶液中主要以HSO₃^-存在，HSO₃^-的電離很微弱，所以n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）＜1：1，根據(jù)表格知，當(dāng)亞硫酸氫根離子的物質(zhì)的量大于亞硫酸根離子的物質(zhì)的量時(shí)，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性，亞硫酸氫根離子既能水解又能電離，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性同時(shí)說(shuō)明HSO₃^-的電離程度大于水解程度，
故答案為：酸性；HSO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于水解程度；
③陽(yáng)極上亞硫酸氫根離子失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為：0.20mol×8N_A=1.60N_A，放出的熱量為：0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
故答案為：1.60N_A（或1.6N_A）；173.4；
（3）同一容器中各氣體的物質(zhì)的量之比等于其體積之比，
設(shè)容器的體積為1L，加入的一氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則水的物質(zhì)的量為2mol，假設(shè)平衡時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量為x，
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0
開(kāi)始            1mol     2mol             0               0 
反應(yīng)           1-x        2-6x             1-x           1-x   
平衡             x          6x               1-x            1-x
則：（1-x）：（2-6x）=1：1，x=0.2mol，
所以平衡時(shí)，c（CO）=0.2mol/L，c（H₂O）=1.2mol/L，c（H₂）=C（CO₂）=0.8mol/L，
K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=$\frac{8}{3}$≈2.67，
故答案為：2.67．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及離子方程式、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，明確同一體系中氣體的物質(zhì)的量之比等于其體積之比是解（3）題的關(guān)鍵，注意電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)是高考熱點(diǎn)，難度中等．