Question

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳、二氧化硫等氣體會(huì)造成環(huán)境污染．但二氧化硫、二氧化碳和氮的氧化物也是常用的化工原料．對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行綜合處理、合理應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、變廢為寶等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

①取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃

 

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3molH₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化圖2所示．試求出反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)的數(shù)值：K=

 

．
（3）脫硫．
Ⅰ．利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO₂．
在鈉堿循環(huán)法中，用Na₂SO₃溶液作為吸收液．吸收液吸收SO₂的過(guò)程中，溶液的pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

�。�由上表判斷，NaHSO₃溶液顯

 

性．（填“酸”、“中”或“堿”）
ⅱ．當(dāng)吸收液呈中性時(shí)，溶液中離子濃度關(guān)系正確的是（選填字母）

 

．
a．c（H⁺）=c（OH^-）  b．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）   c．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ．利用發(fā)電廠產(chǎn)生的尾氣中的SO₂制成如圖3所示的自發(fā)電池，其電池反應(yīng)方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，該電池電動(dòng)勢(shì)可達(dá)1V以上．實(shí)際過(guò)程中，將SO₂通入電池的負(fù)極，則負(fù)極反應(yīng)式為

 

．質(zhì)子在電解質(zhì)溶液中的移動(dòng)方向：

 

（填編號(hào)：a．經(jīng)過(guò)質(zhì)子膜由左到右； b．經(jīng)過(guò)質(zhì)子膜由右到左）．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減得到；
（2）①到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）Ⅰ．i．根據(jù)溶液中HSO₃^-濃度和SO₃^2-濃度的相對(duì)大小確定溶液的酸堿性；
 ii．根據(jù)溶液中電荷守恒和物料守恒確定溶液中各種離子濃度的關(guān)系；
Ⅱ．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)，通SO₂的電極為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，根據(jù)電解質(zhì)溶液是酸性的，寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式；陽(yáng)離子在電解質(zhì)溶液中由負(fù)極移動(dòng)到正極．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；       
（2）①由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
②開(kāi)始CO₂的濃度為1mol/L，故容器的體積為

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始濃度為

3mol

1L

=3mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（mol/L）：1        3         0         0
變化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故該溫度下平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
故答案為：5.33；
（3）Ⅰ．i．HSO₃^-既能電離出H⁺又能水解出OH^-，而SO₃^2-只水解出OH^-顯堿性，根據(jù)表格知，當(dāng)亞硫酸氫根離子的物質(zhì)的量大于亞硫酸根離子的物質(zhì)的量時(shí)，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性，這說(shuō)明HSO₃^-以電離為主，即NaHSO₃溶液顯酸性；故答案為：酸；
ii．當(dāng)溶液呈中性時(shí)，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，亞硫酸氫根離子濃度大于亞硫酸根離子濃度．
a、溶液呈中性時(shí)，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，故a正確；
b、從表格可以看出，C（HSO₃^-）的濃度也大，溶液的pH越小，當(dāng)n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）=1：1時(shí)，溶液的pH=7.2，故當(dāng)溶液呈中性即pH=7時(shí)，C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）＜1：1，即c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-），故b正確；
c、溶液呈電中性，溶液中陰陽(yáng)離子所帶電荷相等，即有：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），溶液呈中性時(shí)，c（H⁺）=c（OH^-），所以c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故c錯(cuò)誤；
故選ab．
Ⅱ．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⁺，陽(yáng)離子在電解質(zhì)溶液中由負(fù)極移動(dòng)到正極，即經(jīng)過(guò)質(zhì)子膜由左到右，選a，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；a．

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)求算、原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)等，題目難度中等．