Question

17．為保護環(huán)境，應減少二氧化硫、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）的熱化學方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol．
（2）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中，發(fā)生NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），測得反應達到平衡時NO₂與SO₂體積比為1：5，則平衡常數(shù)K=1.8（填數(shù)值）．
（3）如圖1是一種用NH₃、O₂脫除煙氣中NO的原理，該原理中NO最終轉(zhuǎn)化為H₂O和N₂（填化學式），當消耗1mol NH₃和0.5molO₂時，除去的NO在標準狀況下的體積為11.2L．

（4）研究CO₂在海洋中的轉(zhuǎn)移和歸宿，是當今海洋科學研究的前沿領域．有人利用圖2所示裝置（均為惰性電極）從海水中提取CO₂（海水中無機碳95% 以HCO₃^-存在），有利于減少環(huán)境中溫室氣體含量．
①a室的電極反應式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
②b室中提取CO₂的反應的離子方程式為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b室排出的海水進行處理，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．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標熱化學方程式；
（2）計算各物質(zhì)的平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)表達式進行計算求解；
（3）由圖該原理中的中NO最終轉(zhuǎn)化為H₂O和氮氣；根據(jù)氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量計算；
（4）①a室接電源的正極，為陽極，水失去電子生成氧氣和氫離子；
②氫離子通過陽離子交換膜進入b室，與b室中的碳酸氫根反應生成二氧化碳氣體，據(jù)此解答即可；
③c室連接電源的負極，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），
起始量  a          2a 
變化量  x          x         x        x
平衡量 a-x       2a-x        x        x 
由題意可知：$\frac{a-x}{2a-x}=\frac{1}{5}$，解之得：x=$\frac{3}{4}a$，所以K=$\frac{\frac{3}{4}a×\frac{3}{4}a}{\frac{1}{4}a×\frac{5}{4}a}$=1.8，故答案為：1.8；
（3）由圖1可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水，所以NO最終轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O；氧氣、一氧化氮和氨氣反應生成氮氣和水，反應中氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量，1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂失去3mol電子，0.5mol O₂得到2mol電子，則NO轉(zhuǎn)化為N₂得到的電子為1mol，所以NO的物質(zhì)的量為0.5mol，其體積為11.2L，故答案為：N₂；11.2；
（4）①a室為陽極，發(fā)生氧化反應，電極方程式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，故答案為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
②氫離子通過陽離子交換膜進入b室，發(fā)生反應：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，以達到排放標準，
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．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、電解原理的應用、氧化還原反應、圖象的分析與應用等，為高考常見題型和高頻考點，側(cè)重于學生的分析能力以及對基礎知識的綜合應用能力的考查，題目難度中等．