Question

14．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）利用反應：6NO₂+8NH₃$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O可以處理硝酸工業中產生的NO₂，消除尾氣污染．上述反應中，每轉移1.2mol電子，消耗的NO₂在標準狀況下的體積是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-196.6 kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0 kJ•mol^-1
則反應NO₂（g）+SO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（3）如圖是1molNO₂（g）和1molCO（g）反應生成CO₂（g）和NO（g）過程中的能量變化示意圖，若在反應體系中加入催化劑，則E₁減小（填“增大”“減小”或“不變”，下同），△H不變；
請寫出反應的熱化學方程式NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1．
（4）熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視．可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質，負極通入CO，正極通入空氣與CO₂的混合氣，制得燃料電池．電池的負極反應式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；使用該電池用惰性電極電解200mL1.5mol/L的NaCl溶液，電解時兩極共產生448mL氣體（標準狀況下），寫出該電解反應的離子方程式2Cl^-+2H₂O═Cl₂↑+H₂↑+2OH；假設溶液體積不變，則電解后該溶液的pH為13．

Answer 1

分析 （1）反應中NO₂中N元素化合價由+4降低為氮氣中0價，據此計算NO₂的物質的量，再根據V=nV_m計算NO₂的體積；
（2）根據蓋斯定律計算反應熱；
（3）加入催化劑能降低反應所需的活化能，但是不改變反應物的總能量和生成物的總能量，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，根據熱化學方程式書寫原則進行書寫；
（4）該燃料電池中，負極上CO失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，根據電解食鹽水的總反應來及計算回答，據此分析解答．

解答 解：（1）反應中NO₂中N元素化合價由+4降低為氮氣中0價，轉移1.2mol電子時，消耗的NO₂的物質的量=$\frac{1.2mol}{4}$=0.3mol，故消耗NO₂的體積=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案為：6.72；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，（①-②）×$\frac{1}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g） 故△H=$\frac{1}{2}$×[（-196.6kJ•mol^-1）-（-113.0kJ•mol^-1）]=-41.8kJ•mol^-1，故答案為：-41.8；
（3）加入催化劑能降低反應所需的活化能，則E₁和E₂都減小，催化劑不能改變反應物的總能量和生成物的總能量之差，即反應熱不改變，所以催化劑對反應熱無影響，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，反應熱化學方程式為NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，
故答案為：減小；不變；NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1；
（4）該熔融鹽燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，負極上燃料CO失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳，電極反應式為2CO+2CO₃^2--4e^-═4CO₂；電解氯化鈉溶液反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，根據總反應當兩極上共收集到0.448L即0.02 mol氣體時，則生成的氯氣和氫氣均是0.01mol，所以生成氫氧化鈉的物質的量是0.02mol，所以氫氧化鈉的濃度C=$\frac{n}{V}$=V$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，所以pH=13，
故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂； 2Cl^-+2H₂O═Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；13．

點評 本題考查較為綜合，題目難度中等，涉及氧化還原反應計算、電化學知識、反應熱計算、注意熱化學方程式的書寫方法和計算應用，注意焓變計算和物質聚集狀態的標注，學習中要準確把握．