Question

14．环境监测显示，某地市的主要气体污染物为SO₂，NO_x，CO等，其主要来源为燃煤、机动车尾气．进行如下研究：
（1）为减少燃煤对SO₂的排放，可将煤转化为清洁燃料水煤气（CO和H₂）．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ．mol^-l；
（2）汽车尾气中NO是在发动机气缸中生成的，反成为：N ₂（g）+O ₂（g）?2NO（g）△H＞0
①将含0.8mol N₂和0.2molO₂（近似空气组成）的混合气体充入某密闭容器中，保持1 300℃反应达到平衡，测得生成8×10^-4molNO．计算该温度下此反应的化学平衡常数K=4×10^-6（填近似计算结果）．
②汽车启动后，汽缸内温度越高，单位时问内NO排放最越大，原因是温度升高，反应速率加快且平衡正向移动．
（3）利用如图所示装置（电极均为惰性电极）可吸收SO₂，并利用阴极排出的溶液吸收NO₂．

①电极A的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺；电极B的电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．
②碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时生成SO₃^2-．该反应的离子方程式为4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-=8SO₃^2-+N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）盖斯定律的内容为：化学反应的反应热值与反应的始态和终态有关，而与反应进行的途径无关，根据盖斯定律，用第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得焦炭与水蒸气反应的热化学方程式；
（2）①结合化学三段式列式计算平衡浓度，平衡常数等于生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积计算；
②依据影响化学反应速率和化学平衡的因素分析判断；
（3）①电极A为阳极失电子发生氧化反应；电极B为阴极得电子发生还原反应，据此书写电极反应方程式；
②依据在碱性条件下，阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O．

解答 解：（1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol
利用盖斯定律，将②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.30kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.30kJ•mol^-1；
（2）①1mol空气中含有0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300℃时在含1mol空气的密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol．
                        N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）
起始量（mol） 0.8              0.2                0
变化量（mol） 4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡量（mol）0.8-4×10^-4   0.2-4×10^-4 8×10^-4
反应前后气体物质的量不变，用气体物质的量代替平衡浓度计算平衡常数K=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$≈4×10^-6；
故答案为：4×10^-6；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H＞0，反应时气体体积不变的吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡右移，单位时间内NO排放量越大；
故答案为：温度升高，反应速率加快且平衡正向移动；
（3）①电极A为阳极失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；电极B为阴极得电子发生还原反应，故电极反应方程式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
②阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应，S₂O₄^2-中硫元素由+3价，变为硫酸根中硫元素为+4价，S₂O₄^2-被氧化是还原剂；二氧化氮中的氮元素化合价为+4价变为氮气0价，二氧化氮被还原为氧化剂，依据原子守恒和得失电子守恒可得，发生的离子方程式为4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O，
故答案为：4S₂O₄^2-+2NO₂+8OH^-═8SO₄^2-+N₂+4H₂O．

点评 本题考查热化学方程式书写、化学平衡影响因素、平衡常数计算等，注意利用三段式计算，难度中等．