Question

6．氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等氣體會(huì)造成環(huán)境問題．對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行化學(xué)方法處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+44kJ•mol^-1
寫出甲烷將NO₂還原為N₂并生成液態(tài)水時(shí)的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用CO₂生成甲醇燃料，反應(yīng)為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
將6molCO₂和8molH₂充入容器為2L的密閉容器中（溫度不變），H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對(duì)應(yīng)坐標(biāo)）．
①該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率為0.125mol•L^-1•min^-1．
②列式計(jì)算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{2×1^3}$=0.5．
③第12min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO₂（g）和3molH₂O（g），則v_正小于v_逆（填“大于”、“小于”或“等于”）．
④僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H₂物質(zhì)的量變化如虛線所示．與實(shí)線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升溫，曲線Ⅱ改變的條件可能是加壓．
（3）采用如圖2裝置將SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．若A為SO₂，B為O₂，則A為負(fù)極，該極電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．
（4）常溫下，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9，K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10，欲用1LNa₂CO₃溶液將0.01molBaSO₄轉(zhuǎn)化為BaCO₃，則c（Na₂CO₃）≥0.26mol/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+44kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：（①+②）÷2-③×2可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l），據(jù)此計(jì)算；
（2）①從圖象可知0～8min內(nèi)H₂的物質(zhì)的量反應(yīng)了6mol，根據(jù)方程式，則0～8min內(nèi)CO₂的物質(zhì)的量變化為2mol，再由v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②從圖象可知反應(yīng)在8min平衡，將6molCO₂和8molH₂充入容器為2L的密閉容器，列三段式：
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：3               4              0                     0        
轉(zhuǎn)化（mol/L）：1              3               1                     1
平衡（mol/L）：2               1                1                      1
根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念列式計(jì)算；
③計(jì)算向該密閉容器中再充入1molCO₂（g）和3molH₂O（g）的Qc，溫度不變，K不變，與K比較，可得；
④曲線Ⅰ反應(yīng)速率加快，平衡后的氫氣比原平衡含量高，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，曲線Ⅱ反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)氫氣含量降低，說明反應(yīng)正向移動(dòng)，結(jié)合影響化學(xué)平衡的因素分析可得；
（3）二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極；
（4）用1LNa₂CO₃溶液將0.01molBaSO₄發(fā)生反應(yīng)為：CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-，計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K，0.01molBaSO₄完全溶解生成n（SO₄^2-）=0.01mol，c（SO₄^2-）=0.01mol/L，結(jié)合溶解平衡表達(dá)式計(jì)算出碳酸鈉的濃度．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+44kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：（①+②）÷2-③×2可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1；
（2）①從圖象可知0～8min內(nèi)H₂的物質(zhì)的量反應(yīng)了6mol，根據(jù)方程式，則0～8min內(nèi)CO₂的物質(zhì)的量變化為2mol，所以0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率為$\frac{2mol÷2l}{8min}$=0.125 mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.125 mol•L^-1•min^-1；
②從圖象可知反應(yīng)在8min平衡，將6molCO₂和8molH₂充入容器為2L的密閉容器，列三段式：
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：3               4              0                     0        
轉(zhuǎn)化（mol/L）：1              3               1                     1
平衡（mol/L）：2               1                1                      1
則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{2×1^3}$=0.5；
故答案為：K=$\frac{1×1}{2×1^3}$=0.5；
③向該密閉容器中再充入1molCO₂（g）和3molH₂O（g），則此時(shí)Qc=$\frac{1.5×1}{2.5×1^3}$=0.6＞K，則反應(yīng)向著逆方向進(jìn)行，v_正＜v_逆；
故答案為：小于；      
④曲線Ⅰ反應(yīng)速率加快，平衡后的氫氣比原平衡含量高，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，曲線Ⅱ反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)氫氣含量降低，說明反應(yīng)正向移動(dòng)，反應(yīng)速率加快且平衡發(fā)生移動(dòng)的有升溫和加壓，反應(yīng)是個(gè)放熱、氣體體積減小的反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，符合Ⅰ，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，符合Ⅱ；
故答案為：升溫； 加壓；
（3）二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極，電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
故答案為：負(fù)；SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
（4）碳酸鈉與硫酸鋇反應(yīng)轉(zhuǎn)化成碳酸鋇的反應(yīng)為：CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-，
該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1×1{0}^{-10}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04，0.01molBaSO₄完全溶解生成n（SO₄^2-）=0.01mol，c（SO₄^2-）=0.01mol/L，設(shè)至少需要的c（Na₂CO₃）為x，
             CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-，
起始：x                                       0
平衡：x-0.01                               0.01
則有：K=$\frac{0.01}{x-0.01}$=0.04，解得x=0.26mol/L；
故答案為：0.26 mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律，化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算及影響化學(xué)平衡的因素，溶度積常數(shù)的應(yīng)用，題目綜合性較強(qiáng)，要求學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用，（4）題難度較大．