Question

17．为保护环境，应减少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等物质的排放量．
（1）用CH₄催化还原煤燃烧产生的氮氧化物，可以消除污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867.0kJ/mol
NO₂（g）═$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-28.5kJ/mol
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成CO₂、N₂和H₂O（g）的热化学方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol．
（2）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NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），测得反应达到平衡时NO₂与SO₂体积比为1：5，则平衡常数K=1.8（填数值）．
（3）如图1是一种用NH₃、O₂脱除烟气中NO的原理，该原理中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11.2L．

（4）研究CO₂在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域．有人利用图2所示装置（均为惰性电极）从海水中提取CO₂（海水中无机碳95% 以HCO₃^-存在），有利于减少环境中温室气体含量．
①a室的电极反应式为2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
②b室中提取CO₂的反应的离子方程式为H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
③b室排出的海水（pH＜6）不可直接排回大海，需用该装置中产生的物质对b室排出的海水进行处理，合格后才能排回大海．处理的方法是用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；
（2）计算各物质的平衡浓度，结合平衡常数表达式进行计算求解；
（3）由图该原理中的中NO最终转化为H₂O和氮气；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）①a室接电源的正极，为阳极，水失去电子生成氧气和氢离子；
②氢离子通过阳离子交换膜进入b室，与b室中的碳酸氢根反应生成二氧化碳气体，据此解答即可；
③c室连接电源的负极，为阴极，水得到电子生成氢气和氢氧根，a室中产生氢离子，用c室排除的碱液将从b室排出的酸性海水调节即可，据此解答．

解答 解：（1）已知：Ⅰ、CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
Ⅱ、2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-57kJ/mol
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-57kJ/mol）=-810kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-810kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-810kJ/mol；
（2）NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），
起始量  a          2a 
变化量  x          x         x        x
平衡量 a-x       2a-x        x        x 
由题意可知：$\frac{a-x}{2a-x}=\frac{1}{5}$，解之得：x=$\frac{3}{4}a$，所以K=$\frac{\frac{3}{4}a×\frac{3}{4}a}{\frac{1}{4}a×\frac{5}{4}a}$=1.8，故答案为：1.8；
（3）由图1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，1mol NH₃转化为N₂失去3mol电子，0.5mol O₂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11.2L，故答案为：N₂；11.2；
（4）①a室为阳极，发生氧化反应，电极方程式为2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，故答案为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
②氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，故答案为：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O；
③c室发生2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，可用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH，以达到排放标准，
故答案为：用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、电解原理的应用、氧化还原反应、图象的分析与应用等，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力的考查，题目难度中等．