Question

17．“霧霾”成為人們越來越關心的環(huán)境問題．霧霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物等污染性物質．請回答下列問題：
（1）汽車尾氣是霧霾形成的原因之一．尾氣治理可用汽油中揮發(fā)出來的烴類物質
（C_xH_y）催化還原尾氣中的NO氣體，該過程的化學方程式為4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O．
（2）冬季燃煤供暖產生的廢氣也是霧霾的主要來源之一．經研究發(fā)現(xiàn)將煤炭在$\frac{{O}_{2}}{C{O}_{2}}$的氣氛下燃燒，能夠降低燃煤時NO的排放，主要反應為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂ （g）△H
已知：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②2CO（g）?2C（s）+O₂（g）△H₂=+221kJ•mol^-1
 ③C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
則△H=-746.5kJ•mol^-1
（3）某研究小組用NaOH溶液吸收尾氣中的二氧化硫，將得到的Na₂SO₃溶液進行電解，其中陰陽膜組合電解裝置如圖一所示，電極材料為石墨．

①a表示陽離子交換膜（填“陰”或“陽”）．A-E分別代表生產中的原料或產品．其中C為硫酸，則A表示NaOH溶液．E表示氫氣．
②陽極的電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．
（4）SO₂經過凈化后與空氣混合進行催化氧化可制取硫酸，其中SO₂發(fā)生催化氧化的
反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）．若在T₁℃、0.1MPa條件下，往一密閉容器通入SO₂和O₂[其中n（SO₂）：n（O₂）=2：1]，測得容器內總壓強與反應時間如圖二所示．
①圖中A點時，SO₂的轉化率為45%．
②在其他條件不變的情況下，測得T₂℃時壓強的變化曲線如圖所示，刻C點的正反應
速率v_c（正）與A點的逆反應速率v_c （逆）的大小關系為v_c（正）＞v_c （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）
③圖中B點的壓強平衡常數(shù)k_p=（用平衡分壓代替平衡濃度計算．分壓=總壓×物質的量分數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）（C_xH_y）催化還原尾氣中的NO氣體生成氮氣、二氧化碳和水，結合原子守恒配平書寫化學方程式；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），據(jù)此計算反應的焓變；
（3）①從C為硫酸可知，b為陰離子交換膜．故a為陽離子交換膜．在陰極區(qū)應為水放電生成氫氣和氫氧根，故A為氫氧化鈉，E為氫氣；
②陽極應為亞硫酸根放電生成硫酸根，寫出即可；
（4）①結合化學三行計算列式，依據(jù)圖中A點時，氣體物質的量0.085，依據(jù)開始和A點氣體物質的量之比列式計算，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②先拐先平溫度高，達到平衡所需時間短，溫度越高反應速率越大；
③圖中B點，依據(jù)化學三行列式計算用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數(shù)計算SO₂催化氧化反應在圖中B點的壓強平衡常數(shù)．

解答 解：（1）（C_xH_y）催化還原尾氣中的NO氣體生成氮氣、二氧化碳和水，結合原子守恒配平書寫化學方程式為：4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O，
故答案為：4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應的焓變=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，
故答案為：-746.5kJ•mol^-1；
（3）①從C為硫酸可知，硫酸根來源于亞硫酸根放電．故b為陰離子交換膜，a為陽離子交換膜，在陰極區(qū)應為水放電生成氫氣和氫氧根離子，故A為氫氧化鈉，E為氫氣，
故答案為：陽；NaOH溶液；氫氣；
②陽極應為亞硫酸根放電生成硫酸根，反應的離子方程式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-；
（4）①依據(jù)化學三行列式計算，設氧氣消耗物質的量為x，
                     2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a            a             0
變化量（mol） 2x           x            2x
平衡量（mol）2a-2x       a-x          2x
圖中A點時，氣體物質的量0.085，則$\frac{2a-2x+a-x+2x}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$，x=0.45a
SO₂的轉化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案為：45%；
②圖象分析可知，先拐先平溫度高則T₁＜T₂，C點是平衡狀態(tài)，A點反應未達到平衡狀態(tài)，其中C點的正反應速率v_C（正）與A點的逆反應速率v_A（逆）的大小關系為v_C（正）＞v_A（逆）
故答案為：＞；
③圖中B點，依據(jù)化學三行列式計算，設氧氣消耗物質的量為y，
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a                a             0
變化量（mol） 2y               y              2y
平衡量（mol）2a-2y           a-y           2y
B點氣體物質的量為 0.007，則$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$，y=0.9a，
平衡常數(shù)K=（$\frac{（0.007×\frac{1.8}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}}$=24300（MPa）^-1，
故答案為：24300（MPa）^-1 ．

點評 本題考查了化學平衡、化學反應速率影響因素的分析應用，圖象變化和平衡常數(shù)數(shù)計算是解題關鍵，題目難度中等．