Question

13．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体测量及处理具有重要意义，目前，消除污染有多种方法．
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：C（s）+2N0（g）?N₂（g）+C0₂（g）△H．某研究小组 向某密闭容器中加人一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下．

	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=0.56（保留两位小数）．
②30 min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是减小CO₂的浓度；
③若30 min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．．
（2）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4N0₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂0（g）△H=-574 kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4N0（g）═2N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160 kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂0（l）△H=-44.0 kJ．mol^-1
写出CH₄ （g）与NO₂ （g）反应生成N₂ （g）、CO₂ （g）和H₂0（1）的热化学方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1
（3）新型氨法烟气脱硫技术化学原理是采用氨水吸收烟气中的SO₂，再用一定量磷酸与上述吸收产物反应．该技术优点除了能回收利用S0₂外，还能得到一种复合肥料．
①该复合肥料可能的化学式为（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄（写出一种即可）．
②若氨水与SO₂恰好完全反应生成正盐，则此时溶液呈碱性（填“酸”或“碱”）．
（已知常温下：氨水 K_b=1.8×10^-5 mol•L^-1，H₂SO₄  K_a1=1.3×10^-2 mol•L^-1，Ka₂=6．3×10^-8mol•L^-1）
（4）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的．如图是通过人工光合作用，以CO₂和H₂0为原料制备HCOOH和0₂的原理示意图．催化剂b表面发生的电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．常温下，0.1 mol/L的HCOONa溶液pH为10，则HCOOH的电离常数K_a=10^-7．

Answer 1

分析 （1）①依据图表数据，平衡状态物质的平衡浓度为，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；结合化学平衡常数概念是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积计算得到；
②依据图表数据计算分析判断，30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，依据平衡常数计算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L，计算平衡常数结合化学平衡移动原理分析判断；
③依据平衡浓度之比和30min前达到的平衡浓度比较分析平衡移动方向，结合平衡移动原理判断反应热量变化；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算（①+②+③×4）÷2得到所需热化学方程式；
（3）①该复合肥含有N、P元素，为磷酸铵或磷酸一氢铵或磷酸二氢铵；
②氨水与SO₂恰好完全反应生成正盐，则反应生成亚硫酸铵，根据电离平衡常数判断离子的水解平衡常数，根据水解程度相对大小确定溶液的酸碱性；
（4）由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH；
计算水解平衡常数Kh，再根据Ka=$\frac{Kw}{Kh}$计算．

解答 解：（1）①平衡状态物质的平衡浓度为，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.042}$=0.56；
故答案为：0.56；
②30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，依据平衡常数计算得到c（N₂）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.034×0.017}{0.0322}$=0.56，化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以可能是减小二氧化碳浓度；故答案为：减小CO₂的浓度；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，和图表数据分析判断，平衡逆向进行，由平衡移动原理可知，升温平衡向吸热反应方向进行，所以正反应为放热反应；反应的△H＜0，故答案：＜；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（3）①该复合肥含有N、P元素，为磷酸铵或磷酸一氢铵或磷酸二氢铵，化学式分别为（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，
故答案为：（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
②铵根离子的水解平衡常数K=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，亚硫酸根离子水解平衡常数K′=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HS{{O}_{3}}^{-}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K（HS{{O}_{3}}^{-}）}$，
一水合氨的电离平衡常数大于亚硫酸氢根离子的电离 平衡常数，所以铵根离子的水解平衡常数小于亚硫酸根离子水解平衡常数，则亚硫酸根离子水解程度大于铵根离子水解程度，所以溶液呈碱性，
故答案为：碱；
（4）由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
常温下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH为10，溶液中存在HCOO-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{0.1-1{0}^{-4}}$=10^-7，则HCOOH的电离常数Ka=$\frac{Kw}{Kh}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=10^-7，
故答案为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；10^-7．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析化学平衡移动原理的应用，平衡常数计算判断，原电池原理的应用和电极反应书写，题目难度中等．