Question

（14分）近幾年來，我國中東部地區(qū)陷入嚴重的霧霾天氣，面對全球近期的氣候異常，環(huán)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(yōu)化我們生存環(huán)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(shù)為____________（結果保留兩位有效數(shù)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^＋

試題分析：Ⅰ、（1）根據(jù)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(jù)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(jù)表中數(shù)據(jù)可知反應進行到20min時達到平衡狀態(tài)，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(shù)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(fā)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(jù)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(fā)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^＋。