Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，“節(jié)能減排”，減少全球溫室氣體排放，研究NO_x、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．

（1）如圖a是1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO過(guò)程中能量變化示意圖．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ/mol
2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
則反應(yīng)：2NO（g）+CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H是

 

．
（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）．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol?L-1 時(shí)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

①T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（保留兩位小數(shù)）．
②30min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）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖b所示．該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”或“＜”）．
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）．已知，含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為

 

（5）有學(xué)者想以如圖c所示裝置用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負(fù)極反應(yīng)式為

 

，電池總反應(yīng)式為

 

．
（6）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=3.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為4×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,氧化還原反應(yīng),化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）通過(guò)圖a求出 NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，然后利用蓋斯定律將幾個(gè)已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行運(yùn)算即可求出2NO（g）+CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）的熱化學(xué)方程式；
（2）①通過(guò)表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)進(jìn)行到20-30分鐘時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，則K=

[CO2][N2]

[NO]2

；
②根據(jù)表中30-40分鐘各物質(zhì)濃度的變化可以看出改變的條件是分離出部分CO₂；
（3）溫度-壓強(qiáng)-轉(zhuǎn)化率圖象定一議二，做一條等壓線，比較不同溫度下CO平衡轉(zhuǎn)化率大小判斷改變溫度平衡移動(dòng)的方向；
（4）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-該過(guò)程為氧氣氧化二價(jià)鐵離子到三價(jià)鐵離子，然后用三價(jià)鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根；
（5）SO₂-O₂-H2SO₄形成燃料電池，通O₂的電極為正極發(fā)生還原反應(yīng)，同SO₂的電極為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式按照先總后分的順序，先寫(xiě)出總的原電池方程式，然后寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式，用總方程式減去正極反應(yīng)式就是負(fù)極的電極反應(yīng)式；
（6）根據(jù)溶度積規(guī)則可知要想產(chǎn)生沉淀則需要滿(mǎn)足Qc＞Ksp．

解答： 解：（1）通過(guò)圖a可知該反應(yīng)為NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g），該反應(yīng)的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234kJ/mol 所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol①，
①NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H1=-234kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H2=+180kJ/mol
③2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H3=-112.3kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律①×2+③-②得2NO（g）+CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=2×△H1+△H3-△H2=-760.3KJ/mol，
故答案為：-760.3KJ/mol；
（2）①當(dāng)20-30分鐘時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡K=

[CO2][N2]

[NO]2

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案為：0.56；
 ②根據(jù)表中30-40分鐘各物質(zhì)濃度的變化可以看出改變的條件是分離出部分CO₂，故答案為：分離出部分CO₂；
（3）當(dāng)壓強(qiáng)恒定時(shí)，溫度250度升高到300度CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明平衡向逆向移動(dòng)，所以逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)△＜0，故答案為：△＜0；
（4）三價(jià)鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根，離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（5）原電池總方程式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，正極的電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，用總的減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（6）由溶度積規(guī)則可知，Qc=Ksp達(dá)到沉淀溶解平衡，Ksp=Qc=c（Ca²⁺）c（CO₃^2-）=4×10^-4mol/L×c（Ca²⁺）=3.8×10^-9 ，解得c（Ca²⁺）=9.5×10^-6mol/L，
故答案為：9.5×10^-6mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律求反應(yīng)熱、化學(xué)平衡常數(shù)及化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、氧化還原反應(yīng)、溶度積規(guī)則等，題目難度中等．