Question

6．為保護環(huán)境，應減少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等物質的排放量．
（1）用CH₄催化還原煤燃燒產生的氮氧化物，可以消除污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867.0kJ/mol
NO₂（g）═$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-28.5kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成CO₂、N₂和H₂O（g）的熱化學方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol．
（2）一定條件下，將2mol NO₂與4molSO₂置于恒溫體積為2L的恒容密閉容器中，發(fā)生：NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），10s時反應達到平衡，測得平衡時c（NO₂）=0.25mol/L，則10s內反應的平均速率v（SO₂）=0.075mol/（L•s）；達到平衡時NO₂轉化率=75%；計算該溫度下該反應的化學平衡常數(shù)K=1.8（填數(shù)值）．
（3）將CO₂與NH₃混合，在一定條件下反應合成尿素，可以保護環(huán)境、變廢為寶，反應原理為：2NH₃（g）+CO₂（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H
該反應在一定條件下能自發(fā)進行的原因是△H＜0；若該反應在一恒溫、恒容密閉容器內進行，判斷反應達到平衡狀態(tài)的標志是bd（填序號）．
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等         b．容器中氣體的壓強不再改變
C.2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆             d．容器中混合氣體的密度不再改變
（4）研究CO₂在海洋中的轉移和歸宿，是當今海洋科學研究的前沿領域．有人利用如圖所示裝置（均為惰性電極）從海水中提取CO₂（海水中無機碳95%以HCO₃^-存在），有利于減少環(huán)境中溫室氣體含量．
①a室的電極反應式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
②b室中提取CO₂的反應的離子方程式為H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
③b室排出的海水（pH＜6）不可直接排回大海，需用該裝置中產生的物質對b室排出的海水進行處理，合格后才能排回大海．處理的方法是用c室排出的堿性溶液將從b室排出的酸性海水調節(jié)至接近正常海水的pH．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式；
（2）通過平衡“三行式”利用公式計算速率、轉化率和平衡常數(shù)；
（3）可逆反應：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
反應前后改變的物理量不變時，可逆反應達到平衡狀態(tài)；若想提高氨氣的轉化率，平衡正向進行；
（4）①a室接電源的正極，為陽極，水失去電子生成氧氣和氫離子；
②氫離子通過陽離子交換膜進入b室，與b室中的碳酸氫根反應生成二氧化碳氣體，據(jù)此解答即可；
③c室連接電源的負極，為陰極，水得到電子生成氫氣和氫氧根，a室中產生氫離子，用c室排除的堿液將從b室排出的酸性海水調節(jié)即可，據(jù)此解答．

解答 解：（1）已知：Ⅰ、CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
Ⅱ、2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-57kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-57kJ/mol）=-810kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-810kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol；
（2）NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）
起始物質的量濃度（mol/L）      1                2               0               0
變化物質的量濃度（mol/L）     0.75             0.75           0.75          0.75
平衡物質的量濃度（mol/L）     0.25             1.25            0.75          0.75
則10s內反應的平均速率v（SO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10s}$=0.075 mol/（L•s）；
達到平衡時NO₂轉化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}×100%$=75%；
該溫度下該反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×1.25}$=1.8；
故答案為：0.075 mol/（L•s）；75%；1.8；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△S＜0，此反應能自發(fā)進行，即△G=△H-T△S＜0，則△H＜0；
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應；
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等，正逆反應速率不一定相等，所以不一定達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；           
b．該反應前后氣體物質的量減少，當容器中氣體的壓強不再改變時正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．當v（NH₃）_正=2v（H₂O）_逆時該反應達到平衡狀態(tài)，所以當2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；          
d．反應前后問題密度改變，所以當容器中混合氣體的密度不再改變時該反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：△H＜0；bd；
（4）①a室為陽極，發(fā)生氧化反應，電極方程式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，故答案為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
②氫離子通過陽離子交換膜進入b室，發(fā)生反應H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，故答案為：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O；
③c室發(fā)生2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，可用c室排出的堿液將從b室排出的酸性海水調節(jié)至裝置入口海水的pH，以達到排放標準，
故答案為：用c室排出的堿液將從b室排出的酸性海水調節(jié)至裝置入口海水的pH．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、電解原理的應用、氧化還原反應、化學平衡的計算及化學平衡狀態(tài)判斷等，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力以及對基礎知識的綜合應用能力的考查，題目難度中等．