Question

6．為保護(hù)環(huán)境，應(yīng)減少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等物質(zhì)的排放量．
（1）用CH₄催化還原煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物，可以消除污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867.0kJ/mol
NO₂（g）═$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-28.5kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成CO₂、N₂和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol．
（2）一定條件下，將2mol NO₂與4molSO₂置于恒溫體積為2L的恒容密閉容器中，發(fā)生：NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），10s時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得平衡時(shí)c（NO₂）=0.25mol/L，則10s內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（SO₂）=0.075mol/（L•s）；達(dá)到平衡時(shí)NO₂轉(zhuǎn)化率=75%；計(jì)算該溫度下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8（填數(shù)值）．
（3）將CO₂與NH₃混合，在一定條件下反應(yīng)合成尿素，可以保護(hù)環(huán)境、變廢為寶，反應(yīng)原理為：2NH₃（g）+CO₂（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H
該反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H＜0；若該反應(yīng)在一恒溫、恒容密閉容器內(nèi)進(jìn)行，判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是bd（填序號(hào)）．
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等         b．容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變
C.2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆             d．容器中混合氣體的密度不再改變
（4）研究CO₂在海洋中的轉(zhuǎn)移和歸宿，是當(dāng)今海洋科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域．有人利用如圖所示裝置（均為惰性電極）從海水中提取CO₂（海水中無(wú)機(jī)碳95%以HCO₃^-存在），有利于減少環(huán)境中溫室氣體含量．
①a室的電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
②b室中提取CO₂的反應(yīng)的離子方程式為H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
③b室排出的海水（pH＜6）不可直接排回大海，需用該裝置中產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)b室排出的海水進(jìn)行處理，合格后才能排回大海．處理的方法是用c室排出的堿性溶液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)至接近正常海水的pH．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）通過(guò)平衡“三行式”利用公式計(jì)算速率、轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；
（3）可逆反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；若想提高氨氣的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行；
（4）①a室接電源的正極，為陽(yáng)極，水失去電子生成氧氣和氫離子；
②氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入b室，與b室中的碳酸氫根反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，據(jù)此解答即可；
③c室連接電源的負(fù)極，為陰極，水得到電子生成氫氣和氫氧根，a室中產(chǎn)生氫離子，用c室排除的堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)即可，據(jù)此解答．

解答 解：（1）已知：Ⅰ、CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
Ⅱ、2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-57kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-57kJ/mol）=-810kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-810kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol；
（2）NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）      1                2               0               0
變化物質(zhì)的量濃度（mol/L）     0.75             0.75           0.75          0.75
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）     0.25             1.25            0.75          0.75
則10s內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（SO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10s}$=0.075 mol/（L•s）；
達(dá)到平衡時(shí)NO₂轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}×100%$=75%；
該溫度下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×1.25}$=1.8；
故答案為：0.075 mol/（L•s）；75%；1.8；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△S＜0，此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，即△G=△H-T△S＜0，則△H＜0；
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等，正逆反應(yīng)速率不一定相等，所以不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；           
b．該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減少，當(dāng)容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．當(dāng)v（NH₃）_正=2v（H₂O）_逆時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以當(dāng)2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆時(shí)該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；          
d．反應(yīng)前后問(wèn)題密度改變，所以當(dāng)容器中混合氣體的密度不再改變時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：△H＜0；bd；
（4）①a室為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，故答案為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
②氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，故答案為：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O；
③c室發(fā)生2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，可用c室排出的堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)至裝置入口海水的pH，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，
故答案為：用c室排出的堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)至裝置入口海水的pH．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、電解原理的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡的計(jì)算及化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力以及對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．