Question

12．研究SO₂、NO_X、CO等大氣污染氣體的處理及利用的方法具有重要意義．
（1）火力發電廠的燃煤排煙中含大量的氮氧化物（NO_X），可利用甲烷和NO_X在一定條件下反應消除其污染．已知：
①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
則NO₂與CH₄轉化成N₂和H₂O（l）的熱化學方程式為2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957kJ•mol^-1．
（2）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，有關反應為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．一定溫度下密閉容器中反應有關數據如下表：

	NO	N2	CO2
起始濃度/mol•L-1	0.10	0	0
平衡濃度/mol•L-1	0.04	0.03	0.03

①判斷該反應達到平衡狀態的標志是abd（填字母）．
a．v_正（NO）=2v_逆（N₂）
b．N₂的濃度保持不變
c．容器中氣體的壓強不變
d．CO₂的體積分數不變
②若平衡后升高溫度，再次達到平衡測得容器中NO、N₂、CO₂的濃度值比為5：3：3，則△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）利用如圖所示裝置（電極均為惰性電極）也可吸收SO₂，并用陰極排出的溶液吸收NO₂．
①a為電源的正極（填“正極”或“負極”），陽極的電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
②在堿性條件下，用陰極排出的溶液吸收NO₂，使其轉化為無害氣體，同時有SO₄^2-生成．該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：2．

Answer 1

分析 （1）③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依據蓋斯定律計算反應熱，寫出反應的熱化學方程式；
（2）①依據化學平衡狀態的實質是正逆反應速率相等，結合反應特征分析判斷；
②依據圖表數據分析，結合平衡濃度計算平衡常數和濃度變化分析判斷；
（3）①電解池中發生氧化反應的一極為陽極，陽極與電源正極相連，依據裝置圖可知二氧化硫在左邊失去電子發生氧化反應，據此判斷；
②依據在堿性條件下，陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發生反應生成氮氣和硫酸根離子，據此解答．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
則：③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依據蓋斯定律得：△H=-957 kJ•mol^-1；
故NO₂與CH₄轉化成N₂和H₂O（l）的熱化學方程式為：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
故答案為：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
（2）①a反應速率之比等于化學方程式系數之比，當v_正（NO）=2v_逆（N₂），反應達到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂）則：v_正（NO）=v_逆（NO）可以判斷該反應達到平衡狀態的標志，故正確；
b可逆反應達到平衡時，各種物質的濃度保持不變，N₂的濃度保持不變可以判斷該反應達到平衡狀態的標志，故正確；
c反應是氣體體積不變的反應，反應過程中和反應平衡狀態壓強相同，所以容器內壓強保持不變不能說明反應達到平衡，故錯誤；
d容器內CO₂的體積分數不變，說明反應達到平衡，故正確；
故選：abd；
②依據圖中數據可知：改變條件前各物質濃度之比為4：3：3，若平衡后升高溫度，再次達到平衡測得容器中NO、N₂、CO₂的濃度值比為5：3：3，則說明平衡向逆向移動，逆向為吸熱反應，則正向為放熱反應，故△H＜0；
故答案為：＜；
（3）①依據裝置圖可知二氧化硫在左邊失去電子發生氧化反應生成硫酸根離子，電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，電解池中發生氧化反應的一極為陽極，陽極與電源正極相連，所以a為正極；
故答案為：正極；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②陰極排出的溶液為S₂O₄^2-，二氧化氮與其發生反應，S₂O₄^2-中硫元素由+3價，變為硫酸根中硫元素為+6價，S₂O₄^2-被氧化是還原劑；二氧化氮中的氮元素化合價為+4價變為氮氣0價，二氧化氮被還原為氧化劑，發生的離子方程式為S₂O₄^2-+NO₂+OH^-→SO₄^2-+N₂+H₂O，依據原子守恒和得失電子守恒可得S₂O₄^2-系數為2，NO₂系數為3，所以該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為3：2；
故答案為：3：2．

點評 本題為綜合題，涉及反應熱的計算、熱化學方程式的書寫，化學平衡狀態的判斷，化學平衡移動的影響因素，電解原理的分析應用等，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和對基礎知識的綜合應用能力，掌握基礎是解題關鍵．