Question

（14分）近几年来，我国中东部地区陷入严重的雾霾天气，面对全球近期的气候异常，环境问题再次成为焦点。非金属氧化物的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径之一。请运用化学反应原理知识，回答下列问题：
Ⅰ、目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）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）+4NO₂（g）＝4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g） △H＝－57kJ?mol^-1
②4CH₄（g）+4NO（g）＝2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H＝－1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）＝H₂O（l） △H＝－44.0kJ?mol^-1
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式________________。
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)+ 2NO（g） N₂（g）+CO₂（g）某研究小组向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温（T℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度（mol/L） 时间（min）	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

①T℃时该反应的平衡常数为____________（结果保留两位有效数字）。
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___________________。
③若30min后升高温度重新达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应
△H_________0（填“＜”“＞”“＝”）。
Ⅱ、某科研小组为治理SO₂对大气的污染，利用烟气中的SO₂为原料制取硫酸。
（1）利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式__________。
（2）利用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂制得NaHSO₃溶液。
①常温时吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)变化关系如下表：

n(SO32－)：n(HSO3－)	91：9	1：1	1：91
pH	8.2	7.2	6.2

以下离子浓度关系的判断正确的是
A．NaHSO₃溶液中c（H⁺）＜c （OH^-）
B．Na₂SO₃溶液中c（Na⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （HSO₃^-）＞c （OH^-）＞c（H⁺）
C．当吸收液呈中性时，c（Na⁺）＞c （HSO₃^-）＞c （SO₃^2-）＞c（OH^-）＝c（H⁺）
D．当n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:1时，c（Na⁺）=c （HSO₃^-）+2c （SO₃^2-）
②然后电解该NaHSO₃溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式______________________________________。

Answer 1

Ⅰ、（1）CH₄（g）＋2NO₂（g）＝N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（l）△H＝－955kJ/mol
（2）①0.56 ②减小CO₂的浓度 ③＜
Ⅱ、（1）SO₂＋2H₂O－2e^－＝4H^＋＋SO₄^2－ （2）①C ②HSO₃^－＋H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋3H^＋

试题分析：Ⅰ、（1）根据反应①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol和反应②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol，③H₂O（g）＝H₂O（l） △H＝－44.0kJ/mol并依据盖斯定律可知，（①＋②）÷2＋③×2即得到反应CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以该反应的反应热△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2－44kJ/mol×2＝－955kJ/mol。
（2）①根据表中数据可知反应进行到20min时达到平衡状态，此时NO、氮气、和二氧化碳的浓度分别是0.040mol/L、0.030mol/L、0.030mol/L，所以该温度下平衡常数是＝0.56。
②30 min后NO和二氧化碳的浓度减少，而氮气的浓度增加，因此改变的条件可能是减小CO₂的浓度促使平衡向正反应方向移动。
③若30min后升高温度重新达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3＞4：3：3，这说明平衡向逆反应方向进行，因此正方应是放热反应，即该反应△H＜0。
Ⅱ、（1）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，所以SO₂在负极通入，被氧化生成硫酸，负极电极反应式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝4H^＋＋SO₄^2－。
（2）①A、当n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:91时，溶液显酸性，这说明HSO₃^－的电离程度大于其水解程度，因此NaHSO₃溶液中c（H⁺）＞c （OH^-），A不正确；B、Na₂SO₃溶液显碱性，则c （OH^-）＞c （HSO₃^-），B不正确；C、当吸收液呈中性时，亚硫酸钠的物质的量浓度小于亚硫酸氢钠的，因此溶液中c（Na⁺）＞c （HSO₃^-）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）=c（H⁺），C正确；D、当n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:1时溶液显碱性，则根据物料守恒可知2c（Na⁺）＝3c（HSO₃^-）+3c（SO₃^2-）＋3c（H₂SO₃），D不正确，答案选C。
②电解池中阳极与电源的正极相连，失去电子，发生氧化反应。所以阳极是HSO₃^－失去电子被氧化生成SO₄^2－，则阳极电极反应式是HSO₃^－＋H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋3H^＋。