Question

3．汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一，嚴(yán)重時導(dǎo)致霧霾．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在固定容積為2L的密閉容器中通入0.8mol的NO和0.8mol的CO，發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖1所示．

據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△Η＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在T₁溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
③在T₁溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.5L/mol（填計算結(jié)果和單位）．
（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣也會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產(chǎn)生的SO₂也是空氣污染源，假設(shè)用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產(chǎn)生的SO₂，該過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，請寫出該過程的離子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳加以回收，可降低碳的排放．圖2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，據(jù)此完成下列問題：
a電極名稱：負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），b電極的反應(yīng)式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH．
（3）某化學(xué)興趣小組擬采用氫氧化鋇和氫氧化鈣溶液來吸收SO₃氣體．現(xiàn)分別以0.01mol/L的氫氧化鈣和氫氧化鋇溶液吸收SO₃氣體，應(yīng)采用Ba（OH）₂溶液（填“Ca（OH）₂”或“Ba（OH）₂”）吸收SO₃氣體效果更好．假設(shè)采用氫氧化鈣溶液吸收（假設(shè)吸收過程中溶的體積不變），當(dāng)溶液中c（SO₄^2-）達(dá)到1.96×10^-2mol/L時，Ca²⁺開始沉淀．（已知CaSO₄的K_sp=1.96×10^-4，BaSO₄的K_sp=1.08×10^-10）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖1分析，溫度越高，達(dá)到化學(xué)平衡的時間就短，平衡時CO₂的量減小，可知溫度升高，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動；
②根據(jù)圖象計算CO₂的化學(xué)反應(yīng)平均速率，由速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）；
③根據(jù)方程式計算各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）①用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產(chǎn)生的SO₂，過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，則SO₂被氧化為SO₄^2-，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
②a電極處，H₂O轉(zhuǎn)化為O₂，此過程為失去電子的反應(yīng)，原電池中失去電子的電極為負(fù)極，b電極為正極，CO₂和H⁺得到電子，生成HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，根據(jù)K_sp常數(shù)計算Ca²⁺開始沉淀時SO₄^2-的濃度．

解答 解：（1）①根據(jù)圖1分析，溫度越高，達(dá)到化學(xué)平衡的時間就短，平衡時CO₂的量減小，可知溫度升高，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，
故答案為：＜；
②根據(jù)圖象，在T₁溫度下，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，反應(yīng)經(jīng)歷時間△t=2s，容器體積為V=2L，則CO₂的化學(xué)反應(yīng)平均速率為$\overline{r}$（CO₂）=$\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），由速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.05mol/（L•s），
故答案為：0.05mol/（L•s），；
③在T₁溫度下，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，起始時NO為0.4mol/L，CO為0.4mol/L，根據(jù)反應(yīng)方程式，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，c（N₂）=0.1mol/L，c（NO）=0.2mol/L，c（CO）=0.2mol/L，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（0.2mol/L）^{2}×（0.1mol/L）}{（0.2mol/L）^{2}×（0.2mol/L）^{2}}$=2.5L/mol，
故答案為：2.5L/mol；
（2）①用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產(chǎn)生的SO₂，過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，則SO₂被氧化為SO₄^2-，則該過程的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
②a電極處，H₂O轉(zhuǎn)化為O₂，此過程為失去電子的反應(yīng)，原電池中失去電子的電極為負(fù)極，
b電極為正極，CO₂和H⁺得到電子，生成HCOOH，則b電極的反應(yīng)式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH，
故答案為：負(fù)極；CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，
采用氫氧化鈣溶液吸收（假設(shè)吸收過程中溶的體積不變），Ca²⁺開始沉淀時，溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{1.96×1{0}^{-4}}{0.01}$=1.96×10^-2，
故答案為：Ba（OH）₂；1.96×10^-2．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)原理部分知識，包含化學(xué)平衡的移動，化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡常數(shù)的計算，氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，電化學(xué)原理和電極反應(yīng)式的書寫，溶度積常數(shù)的計算，均為常見題型，考查較為綜合，為高頻考點(diǎn)，題目難度不大．