Question

11．今年來，天津連續(xù)出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，給人們的出行及身體造成了極大的危害．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO₂．
①在鈉堿循環(huán)法中，Na₂SO₃溶液可作為吸收液，可由NaOH溶液吸收SO₂制得，該反應(yīng)的離子方程式是2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O．
②吸收液吸收SO₂的過程中，pH隨m（SO₃^2-）：m（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

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

由上表判斷，NaHSO₃溶液顯酸性（填“酸、”“堿”或“中”），用化學(xué)平衡原理解釋：HSO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于水解程度．
③當(dāng)吸收液的pH將至約為6時，需送至電解槽再生，再生示意圖如下：

寫出HSO₃^-在陽極放電的電極反應(yīng)式：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，當(dāng)陰極室中溶液pH升至8以上時，吸收液再生并循環(huán)利用．
（2）用CH₄催化還原NO₂可以消除氮氧化的污染，例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-1160kJ•mol^-1
若用標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCH₄還原NO₂至N₂，整個過程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為1.60N_A（或1.6N_A）（阿伏伽德羅常數(shù)的值用N_A表示），放出的熱量為173.4kJ．
（3）工業(yè)上合成氨所需氫氣的制備過程中，其中的一步反應(yīng)為：
CO（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂（g）+H₂（g）：△H＜0
一定條件下，將CO（g）與H₂O（g）以體積比為1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時測得CO（g）與H₂O（g）體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=2.67（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，注意弱電解質(zhì)寫化學(xué)式；
②根據(jù)溶液中亞硫酸氫根離子濃度和亞硫酸根離子濃度的相對大小確定溶液的酸堿性；
③陽極上陰離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
（3）根據(jù)反應(yīng)前和反應(yīng)后一氧化碳和水之間的體積比結(jié)合反應(yīng)方程式計算出平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)公式進(jìn)行計算．

解答 解：（1）①酸性氧化物和堿反應(yīng)生成鹽和水，所以二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，反應(yīng)方程式為2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O，
故答案為：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；
②在溶液中主要以HSO₃^-存在，HSO₃^-的電離很微弱，所以n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）＜1：1，根據(jù)表格知，當(dāng)亞硫酸氫根離子的物質(zhì)的量大于亞硫酸根離子的物質(zhì)的量時，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性，亞硫酸氫根離子既能水解又能電離，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性同時說明HSO₃^-的電離程度大于水解程度，
故答案為：酸性；HSO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于水解程度；
③陽極上亞硫酸氫根離子失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，整個過程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為：0.20mol×8N_A=1.60N_A，放出的熱量為：0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
故答案為：1.60N_A（或1.6N_A）；173.4；
（3）同一容器中各氣體的物質(zhì)的量之比等于其體積之比，
設(shè)容器的體積為1L，加入的一氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則水的物質(zhì)的量為2mol，假設(shè)平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量為x，
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0
開始            1mol     2mol             0               0 
反應(yīng)           1-x        2-6x             1-x           1-x   
平衡             x          6x               1-x            1-x
則：（1-x）：（2-6x）=1：1，x=0.2mol，
所以平衡時，c（CO）=0.2mol/L，c（H₂O）=1.2mol/L，c（H₂）=C（CO₂）=0.8mol/L，
K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=$\frac{8}{3}$≈2.67，
故答案為：2.67．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及離子方程式、電極反應(yīng)式的書寫和化學(xué)平衡常數(shù)的計算等知識點(diǎn)，明確同一體系中氣體的物質(zhì)的量之比等于其體積之比是解（3）題的關(guān)鍵，注意電極反應(yīng)式的書寫是高考熱點(diǎn)，難度中等．