题目内容
【题目】汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。
(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) ΔH=-574kJ·mol1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为____________________________。
(2)减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH <0。向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO,用传感器测得的数据如下表所示:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
c(NO)/×10-3mol·L1 | 9.00 | 4.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
c(CO)/×10-3mol·L1 | 9.00 | 4.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
①为了提高尾气处理的效果,可采取的措施有____________(写出两种即可)。
②此条件下达到平衡时,计算该反应的平衡常数K=____________________。
(3)工业上用氢氧化钠溶液来同时吸收SO2和氮的氧化物气体(NOx),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)铈素(Ce)常见有+3、+4两种价态。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______________________。
【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol1 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) 2.56×105 Na2SO3 酸 因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8,水解常数Kh2=≈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】
(1)已知:CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol1
将第一个方程式加上第二个方程式,再整体除以2得到甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH =;故答案为:CH4(g)+2NO2(g)= N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol1。
(2)①该反应是正向为体积减小的放热反应,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;故答案为: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)。
②此条件下达到平衡时,c(NO)= c(CO) =1.00×10-3mol·L1,Δc(NO)=8.00×10-3mol·L1,c(N2)=Δc(N2)= Δc(NO)= ×8.00×10-3mol·L1 =4.00×10-3mol·L1,c(CO2)=Δc(CO2)=Δc(NO)=8.00×10-3mol·L1,因此反应的平衡常数;故答案为:2.56×105。
(3)①常温下,HNO2的电离常数为Ka=7×10-4,H2SO3的电离常数为Ka2=5.8×10-8,因此酸性强弱为HNO2>HSO3-,根据越弱越水解,碱性强,则相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是Na2SO3溶液;故答案为:Na2SO3。
②常温下,HSO3-的电离常数Ka2=5.8×108,水解常数Kh2=≈8.3×1013,电离常数大于水解常数,所以溶液显酸性;故答案为:酸;因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×108,水解常数Kh2=≈8.3×1013,电离常数大于水解常数,所以溶液显酸性。
(4)①Ce3+化合价升高变为Ce4+,失去电子发生氧化反应,在阳极反应,因此Ce4+从电解槽的a口流出;故答案为:a。
②NO2-转化为无毒物质,N化合价降低,得到电子发生还原反应,在阴极反应,因此阴极的电极反应式2NO2- + 8H++6e- = N2↑+4H2O;故答案为:2NO2- + 8H++6e- = N2↑+4H2O。
【题目】草酸是一种常用的还原剂,某校高三化学小组探究草酸被氧化的速率问题。
实验Ⅰ | 试剂 | 混合后 溶液pH | 现象 (1 h后溶液) | ||
试管 | 滴管 | ||||
a | 4mL0.01molL-1KMnO4溶液,几滴浓H2SO4 | 2 mL0.3molL-1 H2C2O4溶液 | 2 | 褪为无色 | |
b | 4mL0.01molL-1KMnO4溶液,几滴浓NaOH | 7 | 无明显变化 | ||
c | 4mL0.01molL-1K2Cr2O7溶液,几滴浓H2SO4 | 2 | 无明显变化 | ||
d | 4mL0.01molL-1K2Cr2O7溶液,几滴浓NaOH | 7 | 无明显变化 |
(1)H2C2O4是二元弱酸,写出H2C2O4溶于水的电离方程式:___________。
(2)实验Ⅰ试管a中KMnO4最终被还原为Mn2+,该反应的离子方程式为__________。
(3)瑛瑛和超超查阅资料,实验Ⅰ试管c中H2C2O4与K2Cr2O7溶液反应需数月时间才能完成,但加入MnO2可促进H2C2O4与K2Cr2O7的反应。依据此资料,吉吉和昊昊设计如下实验证实了这一点。
实验Ⅱ | 实验Ⅲ | 实验Ⅳ | |
实验 操作 | |||
实验 现象 | 6min后固体完全溶解,溶液橙色变浅,温度不变 | 6min后固体未溶解,溶液颜色无明显变化 | 6min后固体未溶解,溶液颜色无明显变化 |
实验Ⅳ的目的是:_______________。
(4)睿睿和萌萌对实验II继续进行探究,发现溶液中Cr2O72-浓度变化如图:
臧臧和蔡蔡认为此变化是通过两个过程实现的。
过程i:MnO2与H2C2O4反应生成了Mn2+。
过程ii:___________。
①查阅资料:溶液中Mn2+能被PbO2氧化为MnO4-。针对过程i,可采用如下方法证实:将0.0001mol MnO2加入到6mL______中,固体完全溶解;从中取出少量溶液,加入过量PbO2固体,充分反应后静置,观察到________________。
②波波和姝姝设计实验方案证实了过程ii成立,她们的实验方案如下:将2mL、0.3mol/LH2C2O4溶液与4mL0.01mol/LK2Cr2O7溶液混合,调至pH=2,加入0.0001molMnSO4固体,6分钟后现象为:______________
(5)综合以上实验可知,草酸发生氧化反应的速率与____________有关。