Question

13．霧霾中含有多種污染物，其中有氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．它們可以通過化學(xué)反應(yīng)得到一定消除或轉(zhuǎn)化
（1）氮硫的氧化物的轉(zhuǎn)化：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H
已知：①NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H₁=-56.5kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ•mol^-1
則反應(yīng)△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以一定比例置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有b．
a．混合氣體的密度不變
b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變
d．反應(yīng)速率ν（NO₂）：ν（SO₂）：ν（SO₃）：ν（NO）=1：1：1：1
（2）碳氧化物的轉(zhuǎn)化：
①CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO+2H₂?CH₃OH，在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO和2molH₂進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO和CH₃OH（g）濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.15mol/（L•min）；第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g），則平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
②通過電解CO制備CH₄，電解質(zhì)為碳酸鈉溶液，工作原理如圖2所示，寫出陰極區(qū)電極反應(yīng)式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．若以甲醇燃料電池作為電源，則生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12LCH₄需要消耗CH₃OH的質(zhì)量為1.6．
（3）硫氧化物的轉(zhuǎn)化：硫的氧化物與一定量氨氣、空氣反應(yīng)，可生成硫酸銨．硫酸銨水溶液呈酸性的原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用離子方程式表示）；室溫時(shí)，向（NH₄）₂SO₄溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，則所得溶液中微粒濃度大小關(guān)系c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O）（填“√”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，得到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$，計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應(yīng)物濃度冪之積的比進(jìn)而求得化學(xué)平衡常數(shù)，計(jì)算再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g）的濃度商和平衡常數(shù)比較平淡反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水；
（3）（NH₄）₂SO₄為強(qiáng)酸弱堿鹽，NH₄⁺水解顯酸性，根據(jù)電荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），結(jié)合溶液呈中性，聯(lián)立判斷．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
將方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6KJ/mol-（-113.0KJ/mol）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．隨反應(yīng)：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進(jìn)行，氣體的質(zhì)量和體積都不變，所以ρ=$\frac{m}{V}$也不變，不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，SO₃和NO都是生成物，所以體積比一直等于系數(shù)比，所以SO₃和NO的體積比保持不變，不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，ν（NO₂）：ν（SO₂）：ν（SO₃）：ν（NO）=1：1：1：1，反應(yīng)自始至終都按此比例進(jìn)行，故d錯(cuò)誤；
故答案為：-41.8； b；
（2）圖象分析可知，甲醇變化濃度為0.75mol/L，甲醇的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min ），反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（H₂）=v（CH₃OH）=2×0.075mol/（L•min ）=0.15mol/（L•min ），
結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算得到，圖象分析可知體積為1L，
                             CO+2H₂?CH₃OH
起始量（mol/L）    1         2          0
變化量（mol/L）  0.75     1.5       0.75
平衡量（mol/L） 0.25      0.5      0.75
K=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12
第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g），
Qc=$\frac{1.75}{1.25×0．{5}^{2}}$=5.6＜K=12，平衡正向進(jìn)行，
故答案為：0.15；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此離子反應(yīng)方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，陰極區(qū)電極反應(yīng)式為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，甲醇燃料電池酸性條件下該燃料電池的正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電池負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12LCH₄物質(zhì)的量=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol
電子守恒得到CH₄～CH₃OH～6e^-，
需要消耗CH₃OH的質(zhì)量=0.05mol×32g/mol=1.6g，
故答案為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄；1.6；
（3）（NH₄）₂SO₄為強(qiáng)酸弱堿鹽，NH₄⁺水解顯酸性：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，室溫時(shí)，向（NH₄）₂SO₄溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，根據(jù)電荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），溶液呈中性，而c（H⁺）=c（OH^-），故c（NH₄⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₄^2-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），聯(lián)立可得c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O），則所得溶液中微粒濃度大小關(guān)系c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O），
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；=．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式的書寫及其計(jì)算、圖象的分析與應(yīng)用等，考查了學(xué)生的分析能力以及對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．