Question

7．燃料的使用和防污染是社會(huì)發(fā)展中一個(gè)無(wú)法回避的矛盾話題．
（1）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
已知：
①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-860.0kJ•mol^-1
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-66.9kJ•mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（g）、CO₂的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-793.1 kJ/mol．
（2）如將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的．如圖是通過人工光合作用，以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂的原理示意圖甲．電極a、b表面發(fā)生電極反應(yīng)．其中a極為：負(fù)極，b其電極反應(yīng)式為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．
（3）如果用100ml 1.5mol/L的NaOH溶液吸收2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的二氧化碳?xì)怏w所得溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）（用離子濃度符號(hào)表示）．
（4）燃料除硫中可用到CaCO₃，它是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^-9．
①）石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)的工作原理是煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣及鼓入的空氣反應(yīng)生成石膏（CaSO₄•2H₂O）．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O═2（CaSO₄•2H₂O）+2CO₂．
②有一純堿溶液的濃度為2×10^-4mo1/L，現(xiàn)將其與等體積的CaCl₂溶液混合，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5mo1/L．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-860.0kJ•mol^-1
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-66.9kJ•mol^-1
將方程式①-②得甲烷還原N₂O₄為N₂的熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)陽(yáng)離子的移動(dòng)方向判斷正負(fù)極，b電極上二氧化碳得電子生成甲酸；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LCO₂的物質(zhì)的量為0.1L，1.5mol/LNaOH溶液中含有0.15molNaOH，二者恰好發(fā)生反應(yīng)2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，反應(yīng)后生成了等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉，然后結(jié)合鹽的水解原理判斷各離子濃度大��；
（4）①碳酸鈣與二氧化硫、氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和二氧化碳；
②Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-860.0kJ•mol^-1
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-66.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律將方程式①-②得甲烷還原N₂O₄為N₂的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-793.1 kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-793.1 kJ/mol；
將方程式①-②得甲烷還原N₂O₄為N₂的熱化學(xué)方程式；
（2）原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，圖中氫離子向b極移動(dòng)，所以b為正極，a為負(fù)極；b電極上二氧化碳得電子生成甲酸，其電極方程式為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
故答案為：負(fù)；CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24LCO₂的物質(zhì)的量為：$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
100mL 1.5mol/LNaOH溶液中含有0.15molNaOH，二者發(fā)生反應(yīng)2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O生成等濃度的Na₂CO₃、NaHCO₃，HCO₃^-、CO₃^2-部分水解，溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），由于CO₃^2-水解程度大于HCO₃^-，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），
所以反應(yīng)后溶液中的離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）①石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)的工作原理是煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣及鼓入的空氣反應(yīng)生成石膏（CaSO₄•2H₂O），即碳酸鈣與二氧化硫、氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和二氧化碳，其反應(yīng)的方程式為：2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O═2（CaSO₄•2H₂O）+2CO₂；
故答案為：2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O═2（CaSO₄•2H₂O）+2CO₂；
②Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5mol/L；
故答案為：5.6×10^-5mo1/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用和熱化學(xué)方程式、原電池原理的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)和離子濃度大小比較、Ksp的有關(guān)計(jì)算等，題目綜合性較大，難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．