Question

（14分）近幾年來，我國中東部地區(qū)陷入嚴(yán)重的霧霾天氣，面對全球近期的氣候異常，環(huán)境問題再次成為焦點(diǎn)。非金屬氧化物的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑之一。請運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理知識，回答下列問題：

Ⅰ、目前，消除氮氧化物污染有多種方法。

（1）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）+4NO2（g）＝4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g） △H＝－57kJ?mol-1

②4CH4（g）+4NO（g）＝2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H＝－1160kJ?mol-1

③H2O（g）＝H2O（l） △H＝－44.0kJ?mol-1

寫出CH4（g）與NO2（g）反應(yīng)生成N2（g），CO2（g）和H2O（l）的熱化學(xué)方程式________________。

（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s)+ 2NO（g） N2（g）+CO2（g）某研究小組向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度（mol/L） 時間（min）	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

①T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為____________（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

②30 min后改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是___________________。

③若30min后升高溫度重新達(dá)到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5：3：3，則該反應(yīng)

△H_________0（填“＜”“＞”“＝”）。

Ⅱ、某科研小組為治理SO2對大氣的污染，利用煙氣中的SO2為原料制取硫酸。

（1）利用原電池原理，用SO2、O2和H2O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸。請寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式__________。

（2）利用Na2SO3溶液充分吸收SO2制得NaHSO3溶液。

①常溫時吸收液吸收SO2的過程中，pH隨n(SO32－)：n(HSO3－)變化關(guān)系如下表：

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

以下離子濃度關(guān)系的判斷正確的是

A．NaHSO3溶液中c（H+）＜c （OH-）

B．Na2SO3溶液中c（Na+）＞c （SO32-）＞c （HSO3-）＞c （OH-）＞c（H+）

C．當(dāng)吸收液呈中性時，c（Na+）＞c （HSO3-）＞c （SO32-）＞c（OH-）＝c（H+）

D．當(dāng)n(SO32－)：n(HSO3－)＝1:1時，c（Na+）=c （HSO3-）+2c （SO32-）

②然后電解該NaHSO3溶液可制得硫酸。電解原理示意圖如下圖所示。請寫出開始時陽極反應(yīng)的電極反應(yīng)式______________________________________。

 

 

Answer 1

Ⅰ、（1）CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（l）△H＝－955kJ/mol

（2）①0.56 ②減小CO2的濃度 ③＜

Ⅱ、（1）SO2＋2H2O－2e－＝4H＋＋SO42－ （2）①C ②HSO3－＋H2O－2e－＝SO42－＋3H＋

【解析】

試題分析：Ⅰ、（1）根據(jù)反應(yīng)①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－574kJ/mol和反應(yīng)②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－1160kJ/mol，③H2O（g）＝H2O（l） △H＝－44.0kJ/mol并依據(jù)蓋斯定律可知，（①＋②）÷2＋③×2即得到反應(yīng)CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2－44kJ/mol×2＝－955kJ/mol。

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)進(jìn)行到20min時達(dá)到平衡狀態(tài)，此時NO、氮?dú)�、和二氧化碳的濃度分別是0.040mol/L、0.030mol/L、0.030mol/L，所以該溫度下平衡常數(shù)是＝0.56。

②30 min后NO和二氧化碳的濃度減少，而氮?dú)獾臐舛仍黾�，因此改變的條件可能是減小CO2的濃度促使平衡向正反應(yīng)方向移動。

③若30min后升高溫度重新達(dá)到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5：3：3＞4：3：3，這說明平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，即該反應(yīng)△H＜0。

Ⅱ、（1）原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以SO2在負(fù)極通入，被氧化生成硫酸，負(fù)極電極反應(yīng)式是SO2＋2H2O－2e－＝4H＋＋SO42－。

（2）①A、當(dāng)n(SO32－)：n(HSO3－)＝1:91時，溶液顯酸性，這說明HSO3－的電離程度大于其水解程度，因此NaHSO3溶液中c（H+）＞c （OH-），A不正確；B、Na2SO3溶液顯堿性，則c （OH-）＞c （HSO3-），B不正確；C、當(dāng)吸收液呈中性時，亞硫酸鈉的物質(zhì)的量濃度小于亞硫酸氫鈉的，因此溶液中c（Na+）＞c （HSO3-）＞c （SO32-）＞c （OH-）=c（H+），C正確；D、當(dāng)n(SO32－)：n(HSO3－)＝1:1時溶液顯堿性，則根據(jù)物料守恒可知2c（Na+）＝3c（HSO3-）+3c（SO32-）＋3c（H2SO3），D不正確，答案選C。

②電解池中陽極與電源的正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。所以陽極是HSO3－失去電子被氧化生成SO42－，則陽極電極反應(yīng)式是HSO3－＋H2O－2e－＝SO42－＋3H＋。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響、平衡常數(shù)的計算、電極反應(yīng)式的書寫以及溶液中離子濃度大小比較等