Question

6．霧霾天氣嚴重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物都是形成霧霾天氣的重要因素．下列方法可處理氮氧化物和硫氧化物．
（1）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，在一定條件下，發(fā)生反應：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ/mol．
在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如表．

濃度/mol/L 時間/min	0	10	20	30
NO	1.00	0.58	0.40	0.40
N2	0	0.21	0.30	0.30
CO2	0	0.21	0.30	0.30

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=0.042mol/（L•min），T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{9}{16}$．
②若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，則Q＜（填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．反應原理如圖甲所示．

①由圖甲可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為NO、NO₂．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1時脫氮效果最佳，若生成1mol N₂時反應放出的熱量為Q kJ．此時對應的脫氮反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol．
②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)選取的最佳催化劑及相應的溫度分別為Mn、200℃．
（3）煙氣中的SO₂可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，則該溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒濃度的代數(shù)式表示）．
（4）某研究小組用NaOH溶液吸收二氧化硫后，將得到的Na₂SO₃溶液進行電解，其中陰陽膜組合電解裝置如圖丙所示，電極材料為石墨．
①a表示陽（填“陰”或“陽”）膜．A-E分別代表原料或產(chǎn)品．
其中C為稀硫酸，則A為NaOH溶液（填寫化學式）
②陽極電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①反應時間為△t=10min，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，該時間段內(nèi)，NO的物質(zhì)的量濃度改變量為△c（NO）=1.00-0.58=0.42mol/L，根據(jù)化學反應平均速率公式v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$計算，將反應達到平衡時，各組分的濃度代入平衡常數(shù)表達式計算；
②原平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為0.40：0.30：0.30=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，可見化學平衡向逆反應方向移動，據(jù)此判斷焓變情況；
（2）①根據(jù)圖甲分析，NH₃，NO和NO₂在催化劑表面發(fā)生反應，生成N₂和H₂O（g），根據(jù)N的化合價改變判斷，氧化還原反應中的氧化劑發(fā)生還原反應，N化合價降低，發(fā)生的反應為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g），生成1mol N₂時反應放出的熱量為Q kJ，據(jù)此寫出熱化學方程式；
②根據(jù)圖2分析，考慮適合的溫度和高的脫單率，據(jù)此選擇合適的催化劑；
（3）煙氣中的SO₂可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，根據(jù)電荷守恒分析；
（4）①電解過程中，溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，根據(jù)陰極的電極反應式分析A產(chǎn)物；
②陽極為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應，考慮到C處產(chǎn)物為稀硫酸，據(jù)此寫出陽極的電極反應．

解答 解：（1）①反應時間為△t=10min，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，該時間段內(nèi)，NO的物質(zhì)的量濃度改變量為△c（NO）=1.00-0.58=0.42mol/L，根據(jù)化學反應平均速率公式v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.42mol/L}{10min}$=0.042mol/（L•min），
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，平衡時，各組分濃度為：c（NO）=0.40mol/L，c（N₂）=0.30mol/L，c（CO₂）=0.30mol/L，
反應的化學平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.30mol/L×0.30mol/L}{（0.40mol/L）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，
故答案為：0.042mol/（L•min）；$\frac{9}{10}$；
②原平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為0.40：0.30：0.30=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，可見化學平衡向逆反應方向移動，則正反應是放熱反應，因此△H=Q＜0，
故答案為：＜；
（2）①根據(jù)圖甲分析，NH₃，NO和NO₂在催化劑表面發(fā)生反應，生成N₂和H₂O（g），根據(jù)N的化合價改變判斷，氧化還原反應中的氧化劑發(fā)生還原反應，N化合價降低，則氧化劑為NO，NO₂，發(fā)生的反應為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g），生成1mol N₂時反應放出的熱量為Q kJ，則該反應的焓變△H=-2QkJ/mol，所以時對應的脫氮反應的熱化學方程式為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol，
故答案為：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol；
②根據(jù)圖2分析，200℃時Mn的催化效率更高，500℃時，Cr的催化效率更高，相比之下，200℃的耗能更少，則工業(yè)選取的最佳催化劑及相應的溫度分別為：Mn、200℃，
故答案為：Mn、200℃；
（3）煙氣中的SO₂可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，則溶液中c（H⁺）=c（OH^-），根據(jù)電荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），由于c（H⁺）=c（OH^-），則c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），所以該溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），
故答案為：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）；
（4）①電解過程中，溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，則a膜應為陽離子交換膜，電解池陰極發(fā)生的反應為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應，則陰極處的電極反應為：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，Na⁺在陰極處，則A產(chǎn)物為NaOH，
故答案為：陽；NaOH；
②電解池陽極反應為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應，考慮到C產(chǎn)物為稀硫酸，則陽極反應應為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

點評 本題主要考查化學原理部分知識，包含化學反應速率的計算，化學平衡常數(shù)的計算，熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，電荷守恒的應用，電化學原理，電極反應式的書寫，考查的是綜合運用化學知識的能力，平時需加強這方面的訓練，均為高頻考點，題目難度中等．