Question

14．環(huán)境監(jiān)測(cè)顯示，某地市的主要?dú)怏w污染物為SO₂，NO_x，CO等，其主要來(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣．進(jìn)行如下研究：
（1）為減少燃煤對(duì)SO₂的排放，可將煤轉(zhuǎn)化為清潔燃料水煤氣（CO和H₂）．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol
寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ．mol^-l；
（2）汽車尾氣中NO是在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中生成的，反成為：N ₂（g）+O ₂（g）?2NO（g）△H＞0
①將含0.8mol N₂和0.2molO₂（近似空氣組成）的混合氣體充入某密閉容器中，保持1 300℃反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得生成8×10^-4molNO．計(jì)算該溫度下此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=4×10^-6（填近似計(jì)算結(jié)果）．
②汽車啟動(dòng)后，汽缸內(nèi)溫度越高，單位時(shí)問(wèn)內(nèi)NO排放最越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快且平衡正向移動(dòng)．
（3）利用如圖所示裝置（電極均為惰性電極）可吸收SO₂，并利用陰極排出的溶液吸收NO₂．

①電極A的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺；電極B的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．
②堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體，同時(shí)生成SO₃^2-．該反應(yīng)的離子方程式為4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）蓋斯定律的內(nèi)容為：化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱值與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)，根據(jù)蓋斯定律，用第一個(gè)熱化學(xué)方程式減去第二個(gè)熱化學(xué)方程式可得焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①結(jié)合化學(xué)三段式列式計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計(jì)算；
②依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素分析判斷；
（3）①電極A為陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；電極B為陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫電極反應(yīng)方程式；
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．

解答 解：（1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol
利用蓋斯定律，將②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.30kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.30kJ•mol^-1；
（2）①1mol空氣中含有0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃時(shí)在含1mol空氣的密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡．測(cè)得NO為8×10^-4mol．
                        N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）
起始量（mol） 0.8              0.2                0
變化量（mol） 4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡量（mol）0.8-4×10^-4   0.2-4×10^-4 8×10^-4
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，用氣體物質(zhì)的量代替平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)K=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$≈4×10^-6；
故答案為：4×10^-6；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反應(yīng)時(shí)氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大；
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快且平衡正向移動(dòng)；
（3）①電極A為陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；電極B為陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
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，
故答案為：4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算等，注意利用三段式計(jì)算，難度中等．