Question

火力發(fā)電廠產(chǎn)生的煙氣中言有CO₂、CO、SO₂等物質(zhì)，直接排放會對環(huán)境造成危害．對煙氣中CO₂、CO、SO₂等物質(zhì)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(yīng)從而脫硫，其中“鈉堿法”用NaOH溶液作吸收劑，向100mL0.2mol?L^-1的NaOH溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.448LSO₂氣體，反應(yīng)后測得溶液pH＜7．則溶液中下列各離子濃度關(guān)系正確的是

 

（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^-）
（2）CO₂是一種溫室氣體，人類活動產(chǎn)生的CO₂長期積累，威脅到生態(tài)環(huán)境，其減排問題受到全世界關(guān)注．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，其裝置示意圖如下：
①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括

 

和H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
②簡述CO₃^2-在陰極區(qū)再生的原理

 

．
（3）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇．已知：25℃，101kP下：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
寫出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學(xué)方程式

 

．
（4）已知反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）；△H=-41.2kJ/mol．生成的CO₂與H₂以不同的體積比混合時在合適的條件下反應(yīng)可制得CH₄．
①850℃時在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O（g）濃度變化如右圖所示．下列說法正確的是

 

（填序號）．
A．達到平衡時，反應(yīng)體系最終會放出49.44kJ熱量
B．第4min時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，可判斷已達到化學(xué)平衡
C．第6min時，若升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)會增大
D．第8min時，若充入CO，會導(dǎo)致v（正）＞v（逆），平衡向正反應(yīng)方向移動
E．0～4min時，CO的平均反應(yīng)速率為0.030mol/（L?min）
②熔融鹽燃科電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．負(fù)極反應(yīng)式為

 

．為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，為此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）n（SO₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反應(yīng)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(jié)合溶液的電中性原則、物料守恒以及質(zhì)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(yīng)生成碳酸根離子；
（3）根據(jù)蓋斯定律計算；
（4）①A．根據(jù)一氧化碳或水蒸氣與反應(yīng)熱的關(guān)系計算；
B．相對分子質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量在數(shù)值上相等，根據(jù)質(zhì)量和物質(zhì)的量計算其摩爾質(zhì)量；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)反應(yīng)物和生成物濃度變化判斷；
D．增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動；
E．0～4min時，CO的濃度變化為0.12mol/L；
②燃料電池中，甲烷在負(fù)極失電子；
電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳．

解答： 解：（1）n（SO₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a、亞硫酸是弱酸，反應(yīng)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(shù)等于陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c錯誤；
故答案為：a、b；
（2）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)生成CO₃^2-，CO₃^2-再生；
（3）H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol②
將方程式3①-②得CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；
（4）①A．1.2mol水蒸氣參加反應(yīng)，通常條件下放出的熱量為41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正確；
B．由圖可知4min時到達平衡，隨反應(yīng)進行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量不變，平均相對分子質(zhì)量始終不變，所以不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故B錯誤；
C．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡常數(shù)減小，故C錯誤；
D．第8min時，若充入CO，反應(yīng)物濃度增大，會導(dǎo)致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反應(yīng)方向移動，故D正確；
E．0～4min時，CO的濃度變化為0.20mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，CO的平均反應(yīng)速率為

0.12mol/L

4min

=0.030mol/（L?min），故E正確；
故答案為：ADE；
②燃料電池中，甲烷在負(fù)極失電子，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應(yīng)為CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O，
電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳（CO₂），
故答案為：CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O；CO₂．

點評：本題考查較綜合，涉及煙氣中煙氣脫硫、蓋斯定律、電解原理等知識點，根據(jù)燃料電池中正負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)、蓋斯定律的內(nèi)涵、電解池中離子放電順序來分析解答，側(cè)重考查了學(xué)生的分析、理解等綜合能力，難度中等．