Question

（20分）氮氧化物（NOx）、SO2和CO2等氣體會造成環(huán)境問題。對燃煤廢氣進行脫硝、 脫硫和脫碳等處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的。

（1）脫硝。利用甲烷催化還原NOx：

CH4(g) ＋ 4NO2(g) ＝4NO(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H1＝－574 kJ·mol－1

CH4(g) ＋ 4NO(g) ＝2N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H2＝－1160 kJ·mol－1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為 。

（2）脫碳。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H3

在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2進行上述反應。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。

則0~10 min內(nèi)，氫氣的平均反應速率為 _______mol/(L·min)；第10 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡 （填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

（3）脫硫。利用Na2SO3溶液可脫除煙氣中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的過程中，pH隨n(SO32-)︰n(HSO3﹣)變化關系如下表：

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

①由上表判斷，NaHSO3溶液顯 性，用化學平衡原理解釋： 。

②當溶液呈中性時，離子濃度關系正確的是（選填字母）： 。

a．c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)

b．c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)

c．c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)

（4）利用下圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，用陰極排出的溶液可吸收NO2。

①陽極的電極反應式為_________________。

②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO2，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體，同時有生成。該反應中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_______________。

Answer 1

（1）CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ?mol-1（3分）

（2）0.225 （2分）； 正向（2分）

（3）①酸（2分） 溶液中存在：HSO3- SO32- ＋ H+ HSO3-＋H2O H2SO3＋OH- 電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性（3分）②ab（2分）

（4）①SO2 + 2H2O – 2e－== SO42－+ 4H＋ （3分） ②1:2 （3分）

【解析】

試題分析：（1）已知①CH4(g) ＋ 4NO2(g) ＝4NO(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H1＝－574 kJ·mol－1，②CH4(g) ＋ 4NO(g) ＝2N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H2＝－1160 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律：（①+②）/2得甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ?mol-1。

（2）0~10 min內(nèi)，氫氣的平均反應速率v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.75mol/L÷10min=0.225 mol/（L·min）；

根據(jù)三行式計算： CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）

初始濃度（mol?L?1） 1.00 3 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol?L?1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度（mol?L?1） 0.25 0.75 0.75 0.75

平衡常數(shù)K=0.75×0.75÷（0.25×0.753）=5.33，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，濃度商Q=0.75×1.75÷（1.25×0.753）=2.49 < K，則平衡正向移動。

（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO3—越多，酸性越強，所以NaHSO3溶液顯酸性；原因是溶液中存在：HSO3—SO32—＋H+ 、HSO3—＋H2OH2SO3＋OH—，電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性。②當溶液呈中性時，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，a．由電荷守恒可知，c（H+）+c（Na+）═2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），中性溶液則c（H+）═c（OH-），則c（Na+）═2c（SO32-）+c（HSO3-），正確；b．SO32-+H2O?HSO3-+OH-，HSO3-?H++SO32-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na+）＞c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H+）=c（OH-），正確；c．根據(jù)電荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）═2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），錯誤。

（4）①根據(jù)題給裝置圖分析，SO2在電解池的陽極發(fā)生氧化反應生成硫酸，電極反應式是SO2＋2H2O－2e－＝4H＋＋SO42－；②陰極排除的是S2O42－在與NO2的反應中S元素化合價從＋3價升高到＋4價，失去1個電子，則1molS2O42－失去2mol電子。NO2轉(zhuǎn)化為無毒的氣體應該是氮氣，反應中氮元素化合價從＋4價降低到0價，得到4個電子，因此根據(jù)電子得失守恒可知氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1:2。

考點：考查熱化學方程式的書寫、蓋斯定律，化學平衡，鹽類的水解和電解原理。