Question

Ⅰ．X、Y、Z是短周期元素的三种常见氧化物．X跟水反应可生成一种具有还原性的不稳定的二元酸，该酸的化学式是______；Y和X组成元素相同，Y与水反应生成M，足量M的浓溶液与3.2g Cu在加热条件下充分反应，其中被还原的M的物质的量为______．固态Z可应用于人工降雨，0.5mol?L^-1Z与NaOH反应所得的正盐水溶液中，离子浓度从大到小的顺序为______．
Ⅱ．N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，其中Y为CO₂；采用电解法制备N₂O₅，总的反应方程式为：N₂O₄+2HNO₃=2N₂O₅+H₂，装置如图所示．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式______．
在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为______．
Ⅲ．烟气的脱硫（除SO₂）技术和脱硝（除NO_x）技术都是环境科学研究的热点．
（1）烟气脱硫、脱硝对环境的意义______．
（2）目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理，其脱硝机理示意图如图1．

脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图2所示．
①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：______．②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是______．

Answer 1

解：Ⅰ、常见的二元含氧酸有H₂SO₄、H₂SO₃、H₂CO₃、H₂SiO₃，具有还原性的二元含氧酸为亚硫酸，化学式是H₂SO₃，所以X为二氧化硫；
Y和X组成元素相同，所以Y是三氧化硫，M是硫酸，浓硫酸和铜反应的方程式为
Cu+H₂SO₄（浓）+H₂SO₄（浓） （被还原硫酸）CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
64g 1mol
3.2g 0.05mol
所以被还原的硫酸为0.05mol；
固态可应用于人工降雨的氧化物为二氧化碳，所以Z是二氧化碳，二氧化碳与NaOH反应所得的正盐为碳酸钠，碳酸钠是强碱弱酸盐，所以能电离也能水解，只是电离程度大于水解程度，所以碳酸根离子浓度大于碳酸氢根离子浓度；碳酸是二元弱酸，所以碳酸根离子能发生两步水解，第一步水解程度大于第二步水解程度，碳酸根离子每步都有氢氧根离子生成，所以氢氧根离子的浓度大于碳酸氢根离子的浓度；碳酸钠是强碱弱酸盐，其水溶液呈碱性，所以氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，所以溶液中离子的浓度大小为C（Na⁺）＞C（CO₃^2- ）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺），
故答案为：H₂SO₃；0.05mol；C（Na⁺）＞C（CO₃^2- ）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺）；
Ⅱ、燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺；
Ⅲ、（1）、SO₂和氮的氧化物（NO_x）是引起酸雨的主要物质，所以烟气脱硫、脱硝的环境意义是防止酸雨、光化学烟雾的发生，故答案为：防止酸雨、光化学烟雾的发生；
（2）①由图1知，反应物为一氧化氮、氧气、乙烯，铜为催化剂，生成物为氮气、二氧化碳和水，反应方程式为6NO+3O₂+2C₂H₄3N₂+4CO₂+4H₂O，
故答案为：6NO+3O₂+2C₂H₄3N₂+4CO₂+4H₂O；；
②满足脱硝率高，负载率低，适宜的温度，由图可知，适合条件为350℃、负载率3%，故答案为：350℃、负载率3%．
分析：Ⅰ常见的二元酸有H₂SO₄、H₂SO₃、H₂CO₃、H₂SiO₃，根据二元酸是否有还原性判断X，从而确定该酸的化学式；
根据题意结合x确定Y、M的化学式，根据M和铜的反应方程式计算被还原的M的物质的量；
根据“能用于人工降雨且是氧化物”确定Z，根据Z和氢氧化钠反应的生成物的性质确定溶液中各离子的相对大小；
Ⅱ、燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；
Ⅲ．（1）SO₂和氮的氧化物（NO_x）是引起酸雨的主要物质，氮的氧化物（NO_x）也是引起光化学烟雾主要物质；
（2）①根据图1确定反应物、生成物，写出反应方程式；
②脱硝率高，负载率低，适宜的温度．
点评：本题考查了原电池和电解池的工作原理及图象的分析，难度较大，易错题为Ⅱ题，会根据化合价的变化确定生成N₂O₅的电极，根据离子的放电顺序写出相应的电极反应式．