Question

【題目】（一）甲烷和氯氣在光照條件下發(fā)生鹵代反應，其反應機理如下：

反應①： △H=242.7kJ·mol-1

反應②： △H=7.5kJ·mol-1

反應③： △H=-112.9kJ·mol-1

反應②、③反復循環(huán)，反應物濃度逐漸降低，自由基逐漸消失，反應停止。

（1）在該反應條件下斷裂1mol CH3Cl中C—Cl鍵，需要吸收的能量為______。

（2）反應②與反應③的反應過程，如下圖所示：

則該條件下，反應②的速率______反應③的速率（填“>”、“<”或“=”）。

（3）根據(jù)以上的反應機理，我們可以推測甲烷和氯氣在光照條件下反應，除生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4外，還會有乙烷等有機物，原因是______。

（二）煤燃燒排放的SO2和NO2可形成嚴重的大氣污染，某興趣小組提出利用反應來處理。

（4）在一定溫度下，將NO2與SO2以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時NO2和SO2的體積之比為1：5，則該溫度下平衡常數(shù)K為______。

（5）若向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，v正隨時間變化如下圖。下列結(jié)論正確的是______。

A. a點顏色比b點深

B. c點正反應速率等于逆反應速率

C. 若升高溫度，d點SO2的轉(zhuǎn)化率將增大

D. 反應的過程中，容器內(nèi)氣體壓強保持不變

E. 若外界條件不發(fā)生改變，d點NO2和NO的體積比將保持不變

（6）若用一定濃度的NaClO2溶液（已調(diào)節(jié)其初始pH為5）充分吸收煤燃燒排放的煙氣后，測得溶液中各物質(zhì)的濃度如下表所示：

其中 NaClO2溶液吸收SO2的主要離子反應方程式為______。

（7）為消除NOx，科學家開發(fā)了一種能傳導O2-的固態(tài)高溫陶瓷電池，一極通氨氣，另一極通NOx，生成無污染的常見氣體和液體。寫出該電池的正極反應式：______。

Answer 1

【答案】355.6kJ ＜ 反應中存在CH3間的碰撞

1.8 AE ClO2-+2SO2+2H2O=Cl-+2SO42-+4H+ 2NOx+4xe-=N2+2xO2-

【解析】

(1)反應①： △H=242.7kJmol-1，反應③：CH3+Cl2→Cl+CH3Cl△H=-112.9kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律①-③可得；

(2)活化能小的反應反應速率較快；

(3)自由基之間的碰撞產(chǎn)生物質(zhì)，CH3之間的碰撞可得到乙烷；

(4)NO2與SO2以體積比1：2置于密閉容器中，其物質(zhì)的量之比也為1：2，令NO2與SO2分別為1mol、2mol，容器體積為VL，設(shè)平衡時消耗NO2為x mol列三段式有：

NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)

n起始： 1 2 0 0

n轉(zhuǎn)化： x x x x

n平衡： 1-x 2-x x x

平衡時NO2和SO2的體積之比為1：5，故(1-x)：(2-x)=1：5，解得x=0.75，據(jù)此計算；

(5)向恒容密閉容器中通入SO2和NO2，若為恒溫，v正隨時間變化減小直到不變，絕熱條件下，v正隨時間變化先增大后減小最終不變，說明溫度升高，故該反應為放熱反應，d點為平衡狀態(tài)，根據(jù)溫度對化學平衡的影響和化學平衡狀態(tài)特征分析；

(6)根據(jù)圖可知，吸收后溶液中氯元素以氯離子形式為主，硫元素以硫酸根離子為主，故反應為NaClO2在酸性條件下將二氧化硫氧化為硫酸根離子，自身被還原為氯離子，結(jié)合電荷守恒和質(zhì)量守恒書寫可得；

(7)正極得到電子發(fā)生還原反應，元素化合價降低，則為NOx放電生成氮氣，據(jù)此書寫。

(1)反應①： △H=242.7kJmol-1，反應③：CH3+Cl2→Cl+CH3Cl△H=-112.9kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律①-③可得CH3Cl→CH3+Cl，△H=355.6kJ/mol，故在該反應條件下斷裂1mol CH3Cl中C-Cl鍵，需要吸收的能量為355.6kJ；

(2)由圖有反應②的活化能為16.7kJ/mol，反應③的活化能為8.3kJ/mol，反應③的活化能較低，反應速率較快，反應②的速率＜反應③的速率；

(3)因為反應中存在CH3間的碰撞，故生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4外，還會有乙烷等有機物；

(4)NO2與SO2以體積比1：2置于密閉容器中，其物質(zhì)的量之比也為1：2，令NO2與SO2分別為1mol、2mol，容器體積為VL，設(shè)平衡時消耗NO2為x mol列三段式有：

NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)

n起始： 1 2 0 0

n轉(zhuǎn)化： x x x x

n平衡： 1-x 2-x x x

平衡時NO2和SO2的體積之比為1：5，故(1-x)：(2-x)=1：5，解得x=0.75；

則該溫度下平衡常數(shù)K為=1.8；

(5)向恒容密閉容器中通入SO2和NO2，若為恒溫，v正隨時間變化減小直到不變，絕熱條件下，v正隨時間變化先增大后減小，說明溫度升高，故該反應為放熱反應；

A．a點正反應速率較b點慢，說明a點的NO2濃度較b點大，顏色比b點深，故A正確；

B．正反應速率與逆反應速率相等，反應到達平衡，c點正反應速率正在變化，反應不是平衡狀態(tài)，與逆反應速率不等，故B錯誤；

C．反應為放熱反應，若升高溫度，有利于逆反應方向，d點SO2的轉(zhuǎn)化率將減小，故C錯誤；

D．該反應氣體體積不變，反應的過程中，反應放熱，氣體受熱膨脹，總體積不變，故容器內(nèi)氣體壓強增大，故D錯誤；

E．若外界條件不發(fā)生改變，d點為平衡狀態(tài)，各組分含量保持不變，故NO2和NO的體積比將保持不變，故E正確；

故答案為AE；

(6)用一定濃度的NaClO2溶液在酸性條件下充分吸收煤燃燒排放的煙氣(SO2)，根據(jù)圖可知，吸收后溶液中氯元素以氯離子形式為主，硫元素以硫酸根離子為主，故反應為NaClO2在酸性條件下將二氧化硫氧化為硫酸根離子，自身被還原為氯離子，NaClO2溶液吸收SO2的主要離子反應方程式為：ClO2-+2SO2+2H2O=Cl-+2SO42+4H+；

(7)一極通氨氣，另一極通NOx，生成無污染的常見氣體和液體，說明生成氮氣和水，正極得到電子發(fā)生還原反應，元素化合價降低，則為NOx放電生成氮氣，電極反應為：2NOx+4xe-=N2+2xO2-。