Question

3．汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一，严重时导致雾霾．
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在固定容积为2L的密闭容器中通入0.8mol的NO和0.8mol的CO，发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如图1所示．

据此判断：
①该反应的△Η＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在T₁温度下，0～2s内的平均反应速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
③在T₁温度下，该反应的平衡常数K=2.5L/mol（填计算结果和单位）．
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气也会引起严重的环境问题．
①煤燃烧产生的SO₂也是空气污染源，假设用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的SO₂，该过程中高锰酸根被还原为Mn²⁺，请写出该过程的离子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
②将燃煤产生的二氧化碳加以回收，可降低碳的排放．图2是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图，据此完成下列问题：
a电极名称：负极（填“正极”或“负极”），b电极的反应式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH．
（3）某化学兴趣小组拟采用氢氧化钡和氢氧化钙溶液来吸收SO₃气体．现分别以0.01mol/L的氢氧化钙和氢氧化钡溶液吸收SO₃气体，应采用Ba（OH）₂溶液（填“Ca（OH）₂”或“Ba（OH）₂”）吸收SO₃气体效果更好．假设采用氢氧化钙溶液吸收（假设吸收过程中溶的体积不变），当溶液中c（SO₄^2-）达到1.96×10^-2mol/L时，Ca²⁺开始沉淀．（已知CaSO₄的K_sp=1.96×10^-4，BaSO₄的K_sp=1.08×10^-10）

Answer 1

分析 （1）①根据图1分析，温度越高，达到化学平衡的时间就短，平衡时CO₂的量减小，可知温度升高，化学平衡向逆反应方向移动；
②根据图象计算CO₂的化学反应平均速率，由速率之比等于化学计量数之比计算0～2s内的平均反应速率v（N₂）；
③根据方程式计算各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算化学平衡常数；
（2）①用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的SO₂，过程中高锰酸根被还原为Mn²⁺，则SO₂被氧化为SO₄^2-，据此写出反应的离子方程式；
②a电极处，H₂O转化为O₂，此过程为失去电子的反应，原电池中失去电子的电极为负极，b电极为正极，CO₂和H⁺得到电子，生成HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，根据K_sp常数计算Ca²⁺开始沉淀时SO₄^2-的浓度．

解答 解：（1）①根据图1分析，温度越高，达到化学平衡的时间就短，平衡时CO₂的量减小，可知温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，焓变△H＜0，
故答案为：＜；
②根据图象，在T₁温度下，平衡时c（CO₂）=0.2mol/L，反应经历时间△t=2s，容器体积为V=2L，则CO₂的化学反应平均速率为$\overline{r}$（CO₂）=$\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），由速率之比等于化学计量数之比，则0～2s内的平均反应速率v（N₂）=0.05mol/（L•s），
故答案为：0.05mol/（L•s），；
③在T₁温度下，平衡时c（CO₂）=0.2mol/L，起始时NO为0.4mol/L，CO为0.4mol/L，根据反应方程式，平衡时c（CO₂）=0.2mol/L，c（N₂）=0.1mol/L，c（NO）=0.2mol/L，c（CO）=0.2mol/L，则该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（0.2mol/L）^{2}×（0.1mol/L）}{（0.2mol/L）^{2}×（0.2mol/L）^{2}}$=2.5L/mol，
故答案为：2.5L/mol；
（2）①用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的SO₂，过程中高锰酸根被还原为Mn²⁺，则SO₂被氧化为SO₄^2-，则该过程的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
②a电极处，H₂O转化为O₂，此过程为失去电子的反应，原电池中失去电子的电极为负极，
b电极为正极，CO₂和H⁺得到电子，生成HCOOH，则b电极的反应式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH，
故答案为：负极；CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，
采用氢氧化钙溶液吸收（假设吸收过程中溶的体积不变），Ca²⁺开始沉淀时，溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{1.96×1{0}^{-4}}{0.01}$=1.96×10^-2，
故答案为：Ba（OH）₂；1.96×10^-2．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含化学平衡的移动，化学反应速率的计算，化学平衡常数的计算，氧化还原反应方程式的书写，电化学原理和电极反应式的书写，溶度积常数的计算，均为常见题型，考查较为综合，为高频考点，题目难度不大．