Question

2013年初，霧霾天氣多次肆虐天津、北京等地區(qū)．其中，燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO₂．在鈉堿循環(huán)法中，Na₂SO₃溶液作為吸收液，吸收SO₂的過(guò)程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：l	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

由上表判斷，NaHSO₃溶液顯

 

性（填“酸”、“堿”或“中”），用化學(xué)平衡原理解釋：

 

．
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0
若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖如圖1正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

 （填代號(hào)）．

（3）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題．
煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/molH₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：

 

．
（4）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．如圖2是利用甲烷燃料電池電解100mL1mol/L食鹽水，電解一段時(shí)間后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣2.24L（設(shè)電解后溶液體積不變）．
①甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：

 

．
②電解后溶液的pH=

 

（忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)）
③陽(yáng)極產(chǎn)生氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是

 

 L．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，則電離生成氫離子；
（2）a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（4）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺；
②根據(jù)電解氯化鈉溶液的電解方程式來(lái)求溶液的PH；
③根據(jù)反應(yīng)方程式2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，求陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣的體積與氫氣體的體積相等．

解答： 解：（1）由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，則電離生成氫離子，電離方程式為HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，顯酸性是因其電離大于其水解，
故答案為：酸；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，顯酸性是因其電離大于其水解；
（2）a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確；
c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故d正確，
故答案為：bd；
（3）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律，①-②+④×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（4）①、原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②由方程式：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
            2                 2       22.4
 10^-3

L

mL

×100mL×1mol/L      0.1       2.24L
 由題可知：之后反應(yīng)為直接電解水，溶液pH值不改變，C（H⁺）=

1×10-14

0.1 0.1

=10^-14，所以PH=14，故答案為14；
③根據(jù)反應(yīng)方程式2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，求陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣的體積與氫氣體的體積相等，故答案為：2.24．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計(jì)算應(yīng)用，注意平衡的條件分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．