Question

12．减少二氧化碳的排放，氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是一项重要的热点课题．
Ⅰ．（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H  在0.1MPa时，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，图1所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系．

①该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②曲线b表示的物质为H₂O．
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是加压（或不断分离出水）．
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示．
b为电源的正极，电解时，生成乙烯的电极反应式是2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+4H₂O．
Ⅱ．（3）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．如反应：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1．
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

时间（min） 浓度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①T_l℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是通入一定量的NO；适当缩小容器的体积；增大压强；通入等物质的量的CO₂和N₂（答一种即可）．
Ⅲ．（4）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性．相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c（SO₃^2-）较小的是NH₄HSO₃，用文字和化学用语解释原因HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，电离平衡逆向移动，c（SO₃^2-）浓度减小．

Answer 1

分析 （1）由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热；可知a为CO₂的变化曲线，结合计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线；
（2）太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在阴极生成．据此解答；
（3）①T_l℃时，由表格数据可知20min达到平衡，平衡浓度c（N₂）=0.3mol/L、c（CO₂）=0.3mol/L、c（NO）=0.4mol/L，以此计算反应的平衡常数；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），由图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，平衡常数K′═$\frac{0.36×0.36}{（0.48）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常数不变，则结合浓度增大的影响因素来解答；
（4）根据铵根水解成酸性，抑制亚硫酸氢根的电离比较同浓度的两种酸式盐的水溶液中c（SO₃^2-）的浓度．

解答 解：（1）①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，
故答案为：＜；
②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO₂，由计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线，
故答案为：H₂O；
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强，
故答案为：加压（或不断分离出水）；
（2）电解时，二氧化碳在b极上生成乙烯，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，
故答案为：正；2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
（3）①T_l℃时，由表格数据可知20min达到平衡，平衡浓度c（N₂）=0.3mol/L、c（CO₂）=0.3mol/L、c（NO）=0.4mol/L，则K=$\frac{0.3×0.3}{（0.4）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，
故答案为：$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），由图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，平衡常数K′═$\frac{0.36×0.36}{（0.48）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；由氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，则改变的条件可能是通入一定量的NO或适当缩小容器的体积或增大压强或通入等物质的量的CO₂和N₂，
故答案为：通入一定量的NO或适当缩小容器的体积或增大压强或通入等物质的量的CO₂和N₂．
（4）因为HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，生成亚硫酸根离子，又铵根水解成酸性，抑制亚硫酸氢根的电离，所以NH₄HSO₃中c（SO₃^2-）浓度减小，
故答案为：NH₄HSO₃；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，电离平衡逆向移动，c（SO₃^2-）浓度减小．

点评 本题涉及氧化还原、化学平衡移动以及原电池反应等知识，考查了学生分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．