Question

氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等氣體會造成環(huán)境問題．對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO₂和
CH₃OH（g）濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．則0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為

 

mol/（L?min）；第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）
和1mol H₂O（g），則平衡

 

（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
（3）脫硫．利用Na₂SO₃溶液可脫除煙氣中的SO₂．Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制
得．NaOH溶液吸收SO₂的過程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（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

①由上表判斷，NaHSO₃溶液顯

 

性，用化學(xué)平衡原理解釋：

 

．
②當(dāng)溶液呈中性時(shí)，離子濃度關(guān)系正確的是（選填字母）：

 

．
a．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
（4）利用如圖2所示裝置（電極均為惰性電極）可吸收SO₂，用陰極排出的溶液可吸收NO₂．
①陽極的電極反應(yīng)式為

 

．
②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時(shí)有SO₃^2-生成．該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,鹽類水解的應(yīng)用,電解原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減得到．
（2）先根據(jù)圖表，利用v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，確定v（H₂）；
該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c 3(H 2)

，第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g）時(shí)根據(jù)Qc與K的大小關(guān)系判斷平衡移動方向；
（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，則電離生成氫離子；
②吸收液呈中性時(shí)，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，結(jié)合電荷守恒解答；
（4）①依據(jù)電極原理和反應(yīng)過程中的離子變化寫出電極反應(yīng)；
②依據(jù)在堿性條件下，陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，依據(jù)方程式即可解答．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．兩式相加，可得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；       
（2）①由圖可知，10min時(shí)，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以，
10min內(nèi)，v（CO₂）=

△c(CO 2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，
故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
平衡時(shí)，各組分的濃度分別為：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75mol/L=0.75mol/L，
c（H₂O）_平衡=c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，
該溫度下該反應(yīng)的K=

0.75mol/L×0.75mol/L

0.25mol/L×(0.75mol/L) 3

=

16

3

，再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g）時(shí)Qc=

0.75×1.75

1.25×0.753

＜

16

3

，所以平衡向正向移動；
故答案為：0.225；正向；
（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，是因?yàn)槿芤褐写嬖冢篐SO₃^-?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，溶液顯酸性，
故答案為：酸；溶液中存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺、HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性；
②吸收液呈中性時(shí)，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，
a．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）=c（OH^-），則c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故a正確；
b．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故b正確；
c．電荷守恒式為c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故c錯誤；
故答案為：ab；
（4）①依據(jù)圖示可知，二氧化硫被氧化為硫酸根，所以二氧化硫所在的區(qū)為陽極區(qū)，陽極區(qū)發(fā)生反應(yīng)SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₃^2-+4H⁺；
②陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)，S₂O₄^2-中硫元素由+3價(jià)，變?yōu)榱蛩岣�中硫元素�?4價(jià)，S₂O₄^2-被氧化是還原劑；二氧化氮中的氮元素化合價(jià)為+4價(jià)變?yōu)榈獨(dú)?價(jià)，二氧化氮被還原為氧化劑，依據(jù)原子守恒和得失電子守恒可得，發(fā)生的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，所以該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2，
故答案為：1：2．

點(diǎn)評：本題考查熱化學(xué)方程式，化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素分析，原電池原理的分析應(yīng)用，比較綜合，題目難度中等．