Question

中國氣象局的數(shù)據(jù)顯示，2013年全國平均霧霾天數(shù)為52年來之最．形成霧霾的主要成份為：生產(chǎn)生活中排放的廢氣、汽車尾氣及揚(yáng)塵等．
（1）用CH₄可以消除汽車尾氣中氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ?mol^-1，某溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入2.0mol CO（g）和2.0mol H₂O（g），在tmin時(shí)達(dá)到平衡，測得放出了32.8kJ熱量，則tmin內(nèi)用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

，由此可知在該溫度下反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

．相同條件下，向同一密閉容器中充入1.0mol CO₂和1.0mol H₂反應(yīng)達(dá)到平衡后，吸收的熱量為

 

kJ．
（3）堿式硫酸鋁法煙氣脫硫工藝主要有以下三步
①向Al₂（SO₄）₃溶液中投入粉末狀石灰石，生成堿式硫酸鋁[Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃]溶液．
②堿式硫酸鋁吸收SO₂，Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃+3SO₂=Al₂（SO₄）₃?Al₂（SO₃）₃，請(qǐng)寫出Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃與過量燒堿溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
③將Al₂（SO₄）₃?Al₂ （SO₃）₃氧化成Al₂（SO₄）₃，可選用氧化劑為

 

（填代號(hào)）．
a．濃硫酸       b．KMnO₄溶液       c.5%的H₂O₂溶液     d．空氣
該步反應(yīng)的目的是：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：常見的生活環(huán)境的污染及治理,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題,化學(xué)應(yīng)用

分析：（1）現(xiàn)根據(jù)題意寫出化學(xué)方程式，再根據(jù)“加減法”求算此反應(yīng)的焓變；
（2）反應(yīng)放出的熱量與反應(yīng)物消耗的物質(zhì)的量成正比，由此可求得各組分的物質(zhì)的量的變化及平衡時(shí)的濃度，代入化學(xué)反應(yīng)速率公式和平衡常數(shù)表達(dá)式即可求出，反應(yīng)吸收的熱量由“等效平衡”原理求算；
（3）Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃與過量燒堿溶液反應(yīng)可看做Al³⁺和Al₂O₃與過量的氫氧化鈉反應(yīng)即可；氧化劑的選取要考慮兩點(diǎn)，第一能不能把亞硫酸根離子氧化為硫酸根離子，第二會(huì)不會(huì)引入新的雜質(zhì)；將Al₂（SO₄）₃?Al₂ （SO₃）₃氧化成Al₂（SO₄）₃，重新得到堿式硫酸鋁法煙氣脫硫工藝第①步中所需要的Al₂（SO₄）₃．

解答： 解：（1）首先對(duì)已知兩個(gè)熱化學(xué)方程式編號(hào)：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1 ②2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ?mol^-1，所求熱化學(xué)方程式為③CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H，利用“加減法”可知③=①-②，所以△H=（-955kJ?mol^-1 ）-（-56.9kJ?mol^-1）=-898.1 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1 kJ?mol^-1；
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)△n（CO）=1mol×

32.8

41

=0.8mol，由此可求得各組分的數(shù)據(jù)如下所示：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始：2mol   2mol        0        0
變化：0.8mol 0.8mol      0.8mol   0.8mol
平衡：1.2mol  1.2mol     0.8mol   0.8mol
平衡濃度：0.6mol/L 0.6mol/L  0.4mol/L  0.4mol/L
所以v（H₂）=

△n(H2)

V?△t

=

0.8mol

2L×tmin

=

0.4

t

mol?L^-1?min^-1；此反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4mol/L×0.4mol/L

0.6mol/L×0.6mol/L

=

4

9

，CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)K=

1

K1

=

9

4

=2.25；恒溫恒容條件下，向同一密閉容器中充入1.0mol CO₂和1.0mol H₂反應(yīng)所達(dá)到的平衡與充入1.0mol CO和1.0mol H₂O反應(yīng)所達(dá)到的平衡為等效平衡，前者達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量與后者達(dá)到平衡所放出的熱量之和等于41kJ，所以前者達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量等于41kJ-

1

2

×32.8kJ=24.6kJ，
故答案為：

0.4

t

mol?L^-1?min^-1；2.25；24.6；
（3）②由于Al³⁺和Al₂O₃分別與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)均有Na[Al（OH）₄]生成，所以Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃與燒堿溶液反應(yīng)的產(chǎn)物為Na[Al（OH）₄]以及Na₂SO₄，由此不難寫出Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al（OH）₄]+3Na₂SO₄，故答案為：Al₂（SO₄）₃?Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al（OH）₄]+3Na₂SO₄；
③a、濃硫酸不能氧化亞硫酸根離子，故a不可選；b、KMnO₄溶液做氧化劑時(shí)會(huì)引入雜質(zhì)離子K⁺、Mn²⁺，故b不可選；5%的H₂O₂溶液與空氣均可氧化而且不引入雜質(zhì)，故c、d可選；通過該步實(shí)驗(yàn)操作，重新得到堿式硫酸鋁法煙氣脫硫工藝第①步中所需要的Al₂（SO₄）₃，實(shí)現(xiàn)了Al₂（SO₄）₃的循環(huán)使用，
故答案為：cd；生成Al₂（SO₄）₃循環(huán)使用．

點(diǎn)評(píng)：本題考查全面，熱化學(xué)方程式書寫要掌握好“加減法”求焓變的方法，書寫時(shí)注意物質(zhì)的狀態(tài)和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計(jì)算注意利用“三段法”理清各組分的量的大小，鋁及其化合物知識(shí)要注意靈活處理，從反應(yīng)物中找出反應(yīng)的原理所在，方程式注意配平．