Question

14．烟气（主要成分CO₂、CO、SO₂、NO_X） 的排放对环境有很大的影响．
I．利用氨水作吸收液是当前有效捕捉CO₂的方法，经过可逆反应生成NH₄HCO₃．生成的NH₄HCO₃分解可得到CO₂，从而实现吸收液的再生．
（1）写出氨水捕捉 CO₂的化学方程式CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃．
（2）已知：NH₄HCO₃溶液显碱性，下列说法不正确的是ac．
a．c（NH₃•H₂O）＞c （H₂CO₃）
b．c（NH₄⁺）＞c （HCO₃^-）＞c （OH^-）＞c （H⁺）　
c．c（NH₃•H₂O）+c （NH₄⁺）=c （H₂CO₃）+c （HCO₃^-）
d．c（HCO₃^-）+2c （CO₃^2-）+c （OH^-）=c （H⁺）+c （NH₄⁺）
（3）如图是氨水吸收 CO₂的脱除率随温度变化的关系图1．

应用平衡移动原理分析 CO₂在 40℃-45℃脱除率降低可能的原因氨水吸收CO₂为放热反应，在40～45℃升高温度平衡向左移动，使CO₂脱除率降低．（4）捕捉的 CO₂和 H₂O 的混合气体在固态金属氧化物电解池中电解可制备 H₂和 CO，是一种新的能源利用方
式，基本原理如图2所示．
①X 是电源的负极（填“正极”或“负极”），a电极上发生的电极反应式为：H₂O+2eˉ=H₂+O²ˉ和CO₂+2e^-=CO+O^2-．
②a 和 b 两电极产生的气体的物质的量之比为2：1．
Ⅱ．SO₂、NO_X 可以经 O₃预处理后用 CaSO₃水悬浮液吸收，可减少烟气中SO₂、NO_X的含量．O₃氧化烟气中 NO_X的主要反应的热化学方程式为：
NO （g）+O₃（g）=NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
NO （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
（5）依据以上反应，可知：3NO （g）+O₃（g）=3NO₂（g）△H=-317.3kJ•mol^-1．
（6）用CaSO₃水悬浮液吸收烟气中NO₂时，清液 （ pH约为8）中SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，其离子方程式为SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（7）CaSO₃水悬浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，用平衡移动原理解释其主要原因是CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），加入Na₂SO₄溶液，SO₄^2-结合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移动，c（SO₃^2-）增大，提高NO₂的吸收速率．

Answer 1

分析 （1）利用氨水作吸收液是当前有效捕捉CO₂的方法，经过可逆反应生成NH₄HCO₃，据此写出反应的化学方程式；
（2）NH₄HCO₃溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），说明铵根离子的水解程度小于碳酸氢根离子的水解程度，则c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），然后结合物料守恒、电荷守恒进行判断各离子浓度大小；
（3）根据氨气与水二氧化碳的反应为放热反应分析；
（4）①电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，根据与X极相连的电极产生的气体判断；电解池阴极发生还原反应，根据反应物结合化合价的变化分析；
②根据图示知：阴极产生H₂、CO，阳极产生氧气，结合电极总反应计算；
（5）NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1①
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1②
将方程式②+①3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），焓变进行相应的改变；
（6）溶液pH约为8，说明溶液呈碱性，SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，同时SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根据反应物和生成物书写离子方程式；
（7）根据CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸钠导致亚硫酸根离子浓度增大，浓度越大反应速率越大．

解答 解：（1）氨水作吸收液捕捉CO₂，经过可逆反应生成NH₄HCO₃，反应的化学方程式为：CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃，
故答案为：CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃；    
（2）NH₄HCO₃溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），说明铵根离子的水解程度小于碳酸氢根离子的水解程度，则c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），
a．铵根离子的水解程度小于碳酸氢根离子的水解程度，则c（NH₃•H₂O）＜c（H₂CO₃），故a错误；
b．根据分析可知：c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故b正确；
c．根据碳酸氢铵溶液中的物料守恒可得：c（NH₃•H₂O）+c（NH₄⁺）=c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-），故c错误；
d．根据碳酸氢铵溶液中的电荷守恒可得：c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c （OH^-）=c （H⁺）+c （NH₄⁺），故d正确；
故答案为：ac；
（3）由于氨水吸收CO₂为放热的可逆反应，所以在40～45℃时，由于升高温度平衡向左移动，导致CO₂ 脱除率降低，
故答案吴娜：氨水吸收CO₂为放热反应，在40～45℃升高温度平衡向左移动，使CO₂ 脱除率降低；
（4）①根据图示知：与X相连的电极产生CO，电解H₂O-CO₂混合气体，二氧化碳得到电子生成一氧化碳，发生还原反应，电解池阴极发生还原反应，所以X是电源的负极；
电解池阴极发生还原反应，电解H₂O-CO₂混合气体制备H₂和CO，阴极：水中的氢原子得到电子生成氢气，H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-，二氧化碳得到电子生成一氧化碳：CO₂+2e^-═CO+O^2-，
故答案为：负极；CO₂+2e^-=CO+O^2-； 
②电解H₂O-CO₂混合气体制备H₂和CO，根据图示知：阴极产生H₂、CO，阳极产生氧气，所以总反应为：H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂+CO+O₂，阴极产生H₂、CO，阳极产生氧气，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是2：1，
故答案为：2：1；
（5）NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1 ①
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1②
将方程式2②+①3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），所以△H=2×（-58.2kJ．mol^-1）+（-200.9kJ．mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案为：-317.3；
（6）溶液pH约为8，说明溶液呈碱性，SO₃^2-将NO₂转化为NO₂^-，同时SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根据反应物和生成物书写离子方程式为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O，
故答案为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（7）CaSO₃根据CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）知，加入硫酸钠，SO₄^2-结合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移动，导致c（SO₃^2-）增大，浓度越大反应速率越大，所以加快反应速率，提高NO₂的吸收速率，
故答案为：CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），加入Na₂SO₄溶液，SO₄^2-结合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移动，c（SO₃^2-）增大，提高NO₂的吸收速率．

点评 本题考查较为综合，涉及反应速率影响因素、氧化还原反应离子方程式的书写、盖斯定律的计算、离子浓度大小比较等知识点，题目难度中等，试题综合性较强，侧重考查学生分析计算能力，注意掌握常见物质的性质、离子方程式书写规则．