Question

（14分）近幾年來，我國中東部地區陷入嚴重的霧霾天氣，面對全球近期的氣候異常，環境問題再次成為焦點。非金屬氧化物的合理控制和治理是優化我們生存環境的有效途徑之一。請運用化學反應原理知識，回答下列問題：
Ⅰ、目前，消除氮氧化物污染有多種方法。
（1）用CH₄催化還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
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式________________。
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關反應為：C(s)+ 2NO（g） N₂（g）+CO₂（g）某研究小組向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

濃度（mol/L） 時間（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℃時該反應的平衡常數為____________（結果保留兩位有效數字）。
②30 min后改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是___________________。
③若30min后升高溫度重新達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應
△H_________0（填“＜”“＞”“＝”）。
Ⅱ、某科研小組為治理SO₂對大氣的污染，利用煙氣中的SO₂為原料制取硫酸。
（1）利用原電池原理，用SO₂、O₂和H₂O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸。請寫出該電池負極的電極反應式__________。
（2）利用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂制得NaHSO₃溶液。
①常溫時吸收液吸收SO₂的過程中，pH隨n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)變化關系如下表：

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

以下離子濃度關系的判斷正確的是
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．當吸收液呈中性時，c（Na⁺）＞c （HSO₃^-）＞c （SO₃^2-）＞c（OH^-）＝c（H⁺）
D．當n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:1時，c（Na⁺）=c （HSO₃^-）+2c （SO₃^2-）
②然后電解該NaHSO₃溶液可制得硫酸。電解原理示意圖如下圖所示。請寫出開始時陽極反應的電極反應式______________________________________。

Answer 1

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

解析試題分析：Ⅰ、（1）根據反應①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－574kJ/mol和反應②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160kJ/mol，③H₂O（g）＝H₂O（l） △H＝－44.0kJ/mol并依據蓋斯定律可知，（①＋②）÷2＋③×2即得到反應CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以該反應的反應熱△H＝（－574kJ/mol－1160kJ/mol）÷2－44kJ/mol×2＝－955kJ/mol。
（2）①根據表中數據可知反應進行到20min時達到平衡狀態，此時NO、氮氣、和二氧化碳的濃度分別是0.040mol/L、0.030mol/L、0.030mol/L，所以該溫度下平衡常數是＝0.56。
②30 min后NO和二氧化碳的濃度減少，而氮氣的濃度增加，因此改變的條件可能是減小CO₂的濃度促使平衡向正反應方向移動。
③若30min后升高溫度重新達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3＞4：3：3，這說明平衡向逆反應方向進行，因此正方應是放熱反應，即該反應△H＜0。
Ⅱ、（1）原電池中負極失去電子，發生氧化反應，所以SO₂在負極通入，被氧化生成硫酸，負極電極反應式是SO₂＋2H₂O－2e^－＝4H^＋＋SO₄^2－。
（2）①A、當n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:91時，溶液顯酸性，這說明HSO₃^－的電離程度大于其水解程度，因此NaHSO₃溶液中c（H⁺）＞c （OH^-），A不正確；B、Na₂SO₃溶液顯堿性，則c （OH^-）＞c （HSO₃^-），B不正確；C、當吸收液呈中性時，亞硫酸鈉的物質的量濃度小于亞硫酸氫鈉的，因此溶液中c（Na⁺）＞c （HSO₃^-）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）=c（H⁺），C正確；D、當n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:1時溶液顯堿性，則根據物料守恒可知2c（Na⁺）＝3c（HSO₃^-）+3c（SO₃^2-）＋3c（H₂SO₃），D不正確，答案選C。
②電解池中陽極與電源的正極相連，失去電子，發生氧化反應。所以陽極是HSO₃^－失去電子被氧化生成SO₄^2－，則陽極電極反應式是HSO₃^－＋H₂O－2e^－＝SO₄^2－＋3H^＋。
考點：考查蓋斯定律的應用、外界條件對反應速率和平衡狀態的影響、平衡常數的計算、電極反應式的書寫以及溶液中離子濃度大小比較等