Question

12．研究SO₂、NO_X、CO等大氣污染氣體的處理及利用的方法具有重要意義．
（1）火力發(fā)電廠的燃煤排煙中含大量的氮氧化物（NO_X），可利用甲烷和NO_X在一定條件下反應(yīng)消除其污染．已知：
①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
則NO₂與CH₄轉(zhuǎn)化成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式為2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957kJ•mol^-1．
（2）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，有關(guān)反應(yīng)為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．一定溫度下密閉容器中反應(yīng)有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

	NO	N2	CO2
起始濃度/mol•L-1	0.10	0	0
平衡濃度/mol•L-1	0.04	0.03	0.03

①判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是abd（填字母）．
a．v_正（NO）=2v_逆（N₂）
b．N₂的濃度保持不變
c．容器中氣體的壓強不變
d．CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變
②若平衡后升高溫度，再次達到平衡測得容器中NO、N₂、CO₂的濃度值比為5：3：3，則△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）利用如圖所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂．
①a為電源的正極（填“正極”或“負(fù)極”），陽極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
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SO₄^2-生成．該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2．

Answer 1

分析 （1）③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的實質(zhì)是正逆反應(yīng)速率相等，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，結(jié)合平衡濃度計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；
（3）①電解池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽極，陽極與電源正極相連，依據(jù)裝置圖可知二氧化硫在左邊失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此判斷；
②依據(jù)在堿性條件下，陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)生成氮氣和硫酸根離子，據(jù)此解答．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
則：③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依據(jù)蓋斯定律得：△H=-957 kJ•mol^-1；
故NO₂與CH₄轉(zhuǎn)化成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式為：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
故答案為：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
（2）①a反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，當(dāng)v_正（NO）=2v_逆（N₂），反應(yīng)達到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂）則：v_正（NO）=v_逆（NO）可以判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故正確；
b可逆反應(yīng)達到平衡時，各種物質(zhì)的濃度保持不變，N₂的濃度保持不變可以判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故正確；
c反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中和反應(yīng)平衡狀態(tài)壓強相同，所以容器內(nèi)壓強保持不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故錯誤；
d容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明反應(yīng)達到平衡，故正確；
故選：abd；
②依據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知：改變條件前各物質(zhì)濃度之比為4：3：3，若平衡后升高溫度，再次達到平衡測得容器中NO、N₂、CO₂的濃度值比為5：3：3，則說明平衡向逆向移動，逆向為吸熱反應(yīng)，則正向為放熱反應(yīng)，故△H＜0；
故答案為：＜；
（3）①依據(jù)裝置圖可知二氧化硫在左邊失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸根離子，電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，電解池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽極，陽極與電源正極相連，所以a為正極；
故答案為：正極；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發(fā)生反應(yīng)，S₂O₄^2-中硫元素由+3價，變?yōu)榱蛩岣�中硫元素�?6價，S₂O₄^2-被氧化是還原劑；二氧化氮中的氮元素化合價為+4價變?yōu)榈獨?價，二氧化氮被還原為氧化劑，發(fā)生的離子方程式為S₂O₄^2-+NO₂+OH^-→SO₄^2-+N₂+H₂O，依據(jù)原子守恒和得失電子守恒可得S₂O₄^2-系數(shù)為2，NO₂系數(shù)為3，所以該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2；
故答案為：3：2．

點評 本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計算、熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，化學(xué)平衡移動的影響因素，電解原理的分析應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．