Question

3．雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5在内）、氮氧化物（NOx）、CO、SO₂等．化学在解决雾霾污染中有着重要的作用．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1．一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：5，则平衡常数K=1.8．
（2）用TiO₂负载MoO₃催化剂使有机物R催化脱硫，负载MoO₃的量对反应脱硫率的影响如图1．下列说法正确
的是CD
A．负载MoO₃的量越大，平衡常数越大
B．当反应时间小于0.5h，脱硫率为0
C．1.6h负载MoO₃的量为10%和15%的脱硫率相等
D．0.5～1.2h时，负载MoO₃的量越大，脱硫速率越大
（3）如图2是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理．

实验室制备NH₃的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．该脱硝原理中，NO最终转化为H₂O和N₂（填化学式）当消耗1mol NH₃和0.5molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为11.2 L．
（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一种脱硝途径．在不同条件下，NO的分解产物不同．在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图3所示，写出NO分解的化学方程式3NO$\frac{\underline{\;高压\;}}{\;}$N₂O+NO₂．
（5）NO₂也可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂．已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，此反应的离子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反应后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱碱性，则溶液中离子浓度大小关系是c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（6）如图4，我国科学家构建了一种双室微生物燃料电池，以苯酚（C₆H₆O）为燃料，同时消除酸性废水中的硝酸盐．电极a 的电极反应式为为C₆H₆O+11H₂O-28e^-=6CO₂↑+28H⁺．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律计算反应热，计算平衡时各物质的浓度，可K=$\frac{C（S{O}_{3}）C（NO）}{C（N{O}_{2}）C（S{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（2）A、根据平衡常数仅与温度有关判断；
B、根据图象分析，当反应时间小于0.5h，反应仍然在进行；
C、根据图象分析，以1.6h作垂线，分析负载MoO₃的量为10%和15%的脱硫率的纵坐标大小；
D、根据图象分析，0.5～1.2h时内任一点作垂线，依据负载MoO₃的量的变化分析纵坐标脱硫速率的变化．；
（3）验室制备氨气的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，由图2可知反应物为氧气、一氧化氮和氨气最终生成物为氮气和水；
根据氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量计算；
（4）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，根据原子守恒判断产物书写方程式；
（5）若每2mol NO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子1mol计算生成的硝酸，根据化合价的变化判断生成物，以此书写反应的离子方程式；若生成的CO₂完全逸出，NO₂^-水解成碱性，所得溶液中的离子浓度大小关系为c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（6）该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则右边装置中电极b是正极，电极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂↑+6H₂O，左边装置电极a是负极，负极上C₆H₆O失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为C₆H₆O+11H₂O-28e^-=6CO₂↑+28H⁺，据此分析解答．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
将方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6KJ/mol-（-113.0KJ/mol）}{2}$=-41.8kJ/mol，
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 a       2a        0       0
转化物质的体积 x        x        x       x
平衡物质的体积 a-x     2a-x      x        x
平衡时NO₂与SO₂体积比为1：5，即（a-x）：（2a-x）=1：5，故x=$\frac{3}{4}$a，故平衡常数K=$\frac{C（S{O}_{3}）C（NO）}{C（N{O}_{2}）C（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{9}{16}}{\frac{1}{4}×\frac{5}{4}}$=1.8，
故答案为：-41.8；1.8；
（2）A、根据平衡常数仅与温度有关，所以负载MoO₃的量越大，平衡常数不变，故A错误；
B、根据图象，当反应时间小于0.5h，反应仍然在进行，脱硫率较小，但不等于0，故B错误；
C、根据图象，以1.6h作垂线，负载MoO₃的量为10%和15%的脱硫率相等，故C正确；
D、根据图象，0.5～1.2h时内任一点作垂线，负载MoO₃的量越大，脱硫速率也越大，故D正确；
故选：CD；
（3）验室制备氨气的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，由图3可知反应物为氧气、一氧化氮和氨气最终生成物为氮气和水，所以NO最终转化为N₂和H₂O，氧气、一氧化氮和氨气反应生成氮气和水，反应中氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量，1molNH₃转化为N₂失去3mol电子，0.5molO₂得到2mol电子，则NO转化为N₂得到的电子为1mol，所以NO的物质的量为0.5mol，其体积为22.4L/mol×0.5mol=11.2L，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；N₂；11.2；
（4）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，其反应方程式为：3NO=Y+Z，根据原子守恒可知为N₂O、NO₂，所以方程式为3NO $\frac{\underline{\;高压\;}}{\;}$N₂O+NO₂，
故答案为：3NO $\frac{\underline{\;高压\;}}{\;}$N₂O+NO₂；
（5）9.2g NO₂的物质的量为$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，每2molNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子1mol，则N的化合价分别有+4价变化为+5价和+3价，在碱性溶液中应生成NO₃^-和NO₂^-，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，若生成的CO₂完全逸出，NO₂^-水解成碱性，所得溶液中的离子浓度大小关系为c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（6）左边装置电极a是负极，负极上C₆H₆O失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为C₆H₆O+11H₂O-28e^-=6CO₂↑+28H⁺，故答案为：C₆H₆O+11H₂O-28e^-=6CO₂↑+28H⁺．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、平衡常数的计算、氧化还原反应化学方程式的书写及其计算、图象的分析与应用等，考查了学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．