Question

【题目】秋冬季是雾霾高发的季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾羅的主要原因之一。

（1）工业上利用甲烷催化还原NO，可减少氮氧化物的排放。

已知：CH4(g)+4NO2(g)=-4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_____________。

（2）汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段，主要原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0

向一定条件下的恒容密用容器中充入NO和CO，用传感器测得该反应在不同时间时NO和CO的浓度如下表所示：

时间/s	0	1	2	3	4
c(NO)/mol/L	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3
c(CO)/mol/L	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3

①下列可判断反应达到平衡状态的是___________(填字母代号)。

A.c(NO)不再改变 B.c(NO)/c(CO)不再改变

C.c(NO)/c(CO2)不再改变 D.V(NO)=V(CO)

②此条件下达到平衡时，该反应的平衡常数K=________。

③为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有________(写出两种即可)。

（3）工业上常采用“碱溶液吸收”的方法来同时吸收SO2，和氮的氧化物气体(NOx)，如用氢氧化钠溶液吸收可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。已知:常温下，HNO2的电离常数为Ka=7×10-4，H2SO3的电离常数为Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8。

①常温下，相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是______溶液。

②常温下， NaHSO3显___性 (填“酸”“碱”或“中”，判断的理由是(通过计算说明)______。

（4）铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-（二者物质的量之比为1:1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如下图所示。

①Ce4+从电解槽的_____(填字母代号)口流出。

②写出阴极的电极反应式：______________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=一867kJ/mol AC 2.56×105 降低温度，或增大压强(或压缩体积)，或使用催化活性更好的催化剂等(写出两种即可) Na2SO3 酸 因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8，水解常数Kb=≈8.3×10-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性 a 2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O

【解析】本题主要考查有关平衡状态的判断和计算。

（1）将已知的两个热化学方程式相加再除以2可得甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=一867kJ/mol。

（2）①A.c(NO)随着反应进行而改变，当c(NO)不再改变时，说明反应达到平衡状态，故A可判断反应达到平衡状态；B.c(NO)/c(CO)与平衡状态之间没有一定关系，故B不能判断反应达到平衡状态；C.c(NO/c(CO2)随着反应进行而改变，当c(NO/c(CO2)不再改变时，说明反应达到平衡状态，故C可判断反应达到平衡状态；D.V(NO)和V(CO)都是正反应速率，不能说明正反应速率等于逆反应速率，故D不能判断反应达到平衡状态。故选AC。

②此条件下达到平衡时，c(NO)=1.00×10-3mol/L，c(CO)=1.00×10-3mol/L，c(CO2)=8.00×10-3mol/L，c(N2)=4.00×10-3mol/L，该反应的平衡常数K=2.56×105。

③为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有降低温度，或增大压强(或压缩体积)，或使用催化活性更好的催化剂等

（3）①常温下，HNO2的电离常数Ka=7×10-4>H2SO3的电离常数Ka2=5.8×10-8，所以相同浓度的水解程度Na2SO3>NaNO2，pH较大的是Na2SO3溶液。

②常温下，NaHSO3显酸性，判断的理由：因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8，水解常数Kb=≈8.3×10-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性。

（4）①Ce4+是氧化产物，在阳极生成，从电解槽的a口流出。

②阴极发生还原反应，在阴极NO2-转化为N2，阴极的电极反应式：2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O。