Question

13．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體測(cè)量及處理具有重要意義，目前，消除污染有多種方法．
（1）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2N0（g）?N₂（g）+C0₂（g）△H．某研究小組 向某密閉容器中加人一定量的活性炭和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．

	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=0.56（保留兩位小數(shù)）．
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減小CO₂的濃度；
③若30 min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．．
（2）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）+4N0₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-574 kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4N0（g）═2N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160 kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂0（l）△H=-44.0 kJ．mol^-1
寫(xiě)出CH₄ （g）與NO₂ （g）反應(yīng)生成N₂ （g）、CO₂ （g）和H₂0（1）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1
（3）新型氨法煙氣脫硫技術(shù)化學(xué)原理是采用氨水吸收煙氣中的SO₂，再用一定量磷酸與上述吸收產(chǎn)物反應(yīng)．該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)除了能回收利用S0₂外，還能得到一種復(fù)合肥料．
①該復(fù)合肥料可能的化學(xué)式為（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄（寫(xiě)出一種即可）．
②若氨水與SO₂恰好完全反應(yīng)生成正鹽，則此時(shí)溶液呈堿性（填“酸”或“堿”）．
（已知常溫下：氨水 K_b=1.8×10^-5 mol•L^-1，H₂SO₄  K_a1=1.3×10^-2 mol•L^-1，Ka₂=6．3×10^-8mol•L^-1）
（4）將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的．如圖是通過(guò)人工光合作用，以CO₂和H₂0為原料制備HCOOH和0₂的原理示意圖．催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．常溫下，0.1 mol/L的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)K_a=10^-7．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)，平衡狀態(tài)物質(zhì)的平衡濃度為，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計(jì)算得到；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)計(jì)算分析判斷，30min時(shí)改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L，計(jì)算平衡常數(shù)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
③依據(jù)平衡濃度之比和30min前達(dá)到的平衡濃度比較分析平衡移動(dòng)方向，結(jié)合平衡移動(dòng)原理判斷反應(yīng)熱量變化；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算（①+②+③×4）÷2得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）①該復(fù)合肥含有N、P元素，為磷酸銨或磷酸一氫銨或磷酸二氫銨；
②氨水與SO₂恰好完全反應(yīng)生成正鹽，則反應(yīng)生成亞硫酸銨，根據(jù)電離平衡常數(shù)判斷離子的水解平衡常數(shù)，根據(jù)水解程度相對(duì)大小確定溶液的酸堿性；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH；
計(jì)算水解平衡常數(shù)Kh，再根據(jù)Ka=$\frac{Kw}{Kh}$計(jì)算．

解答 解：（1）①平衡狀態(tài)物質(zhì)的平衡濃度為，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.042}$=0.56；
故答案為：0.56；
②30min時(shí)改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.034×0.017}{0.0322}$=0.56，化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說(shuō)明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃螅�二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小二氧化碳濃度；故答案為：減小CO₂的濃度；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，和圖表數(shù)據(jù)分析判斷，平衡逆向進(jìn)行，由平衡移動(dòng)原理可知，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；反應(yīng)的△H＜0，故答案：＜；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（3）①該復(fù)合肥含有N、P元素，為磷酸銨或磷酸一氫銨或磷酸二氫銨，化學(xué)式分別為（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，
故答案為：（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
②銨根離子的水解平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，亞硫酸根離子水解平衡常數(shù)K′=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HS{{O}_{3}}^{-}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K（HS{{O}_{3}}^{-}）}$，
一水合氨的電離平衡常數(shù)大于亞硫酸氫根離子的電離 平衡常數(shù)，所以銨根離子的水解平衡常數(shù)小于亞硫酸根離子水解平衡常數(shù)，則亞硫酸根離子水解程度大于銨根離子水解程度，所以溶液呈堿性，
故答案為：堿；
（4）由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{0.1-1{0}^{-4}}$=10^-7，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=$\frac{Kw}{Kh}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=10^-7，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；10^-7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析化學(xué)平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算判斷，原電池原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．