Question

17．“雾霾”成为人们越来越关心的环境问题．雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质．请回答下列问题：
（1）汽车尾气是雾霾形成的原因之一．尾气治理可用汽油中挥发出来的烃类物质
（C_xH_y）催化还原尾气中的NO气体，该过程的化学方程式为4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O．
（2）冬季燃煤供暖产生的废气也是雾霾的主要来源之一．经研究发现将煤炭在$\frac{{O}_{2}}{C{O}_{2}}$的气氛下燃烧，能够降低燃煤时NO的排放，主要反应为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）．
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂ （g）△H
已知：
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H₁=+180.5kJ•mol^-1
②2CO（g）?2C（s）+O₂（g）△H₂=+221kJ•mol^-1
 ③C（s）+O₂（g）?CO₂（g）△H₃=-393.5kJ•mol^-1
则△H=-746.5kJ•mol^-1
（3）某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na₂SO₃溶液进行电解，其中阴阳膜组合电解装置如图一所示，电极材料为石墨．

①a表示阳离子交换膜（填“阴”或“阳”）．A-E分别代表生产中的原料或产品．其中C为硫酸，则A表示NaOH溶液．E表示氢气．
②阳极的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．
（4）SO₂经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中SO₂发生催化氧化的
反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）．若在T₁℃、0.1MPa条件下，往一密闭容器通入SO₂和O₂[其中n（SO₂）：n（O₂）=2：1]，测得容器内总压强与反应时间如图二所示．
①图中A点时，SO₂的转化率为45%．
②在其他条件不变的情况下，测得T₂℃时压强的变化曲线如图所示，刻C点的正反应
速率v_c（正）与A点的逆反应速率v_c （逆）的大小关系为v_c（正）＞v_c （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）
③图中B点的压强平衡常数k_p=（用平衡分压代替平衡浓度计算．分压=总压×物质的量分数）．

Answer 1

分析 （1）（C_xH_y）催化还原尾气中的NO气体生成氮气、二氧化碳和水，结合原子守恒配平书写化学方程式；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），据此计算反应的焓变；
（3）①从C为硫酸可知，b为阴离子交换膜．故a为阳离子交换膜．在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根，故A为氢氧化钠，E为氢气；
②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，写出即可；
（4）①结合化学三行计算列式，依据图中A点时，气体物质的量0.085，依据开始和A点气体物质的量之比列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②先拐先平温度高，达到平衡所需时间短，温度越高反应速率越大；
③图中B点，依据化学三行列式计算用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数计算SO₂催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数．

解答 解：（1）（C_xH_y）催化还原尾气中的NO气体生成氮气、二氧化碳和水，结合原子守恒配平书写化学方程式为：4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O，
故答案为：4C_xH_y+（8x+2y）NO=4XCO₂+（4x+y）N₂+2yH₂O；
（2）②×2+③×2-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反应的焓变=2（+110.5kJ•mol^-1）+2（-393.5kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5kJ•mol^-1，
故答案为：-746.5kJ•mol^-1；
（3）①从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电．故b为阴离子交换膜，a为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故A为氢氧化钠，E为氢气，
故答案为：阳；NaOH溶液；氢气；
②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的离子方程式为SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-，
故答案为：SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-；
（4）①依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为x，
                     2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a            a             0
变化量（mol） 2x           x            2x
平衡量（mol）2a-2x       a-x          2x
图中A点时，气体物质的量0.085，则$\frac{2a-2x+a-x+2x}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$，x=0.45a
SO₂的转化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案为：45%；
②图象分析可知，先拐先平温度高则T₁＜T₂，C点是平衡状态，A点反应未达到平衡状态，其中C点的正反应速率v_C（正）与A点的逆反应速率v_A（逆）的大小关系为v_C（正）＞v_A（逆）
故答案为：＞；
③图中B点，依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为y，
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a                a             0
变化量（mol） 2y               y              2y
平衡量（mol）2a-2y           a-y           2y
B点气体物质的量为 0.007，则$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$，y=0.9a，
平衡常数K=（$\frac{（0.007×\frac{1.8}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}}$=24300（MPa）^-1，
故答案为：24300（MPa）^-1 ．

点评 本题考查了化学平衡、化学反应速率影响因素的分析应用，图象变化和平衡常数数计算是解题关键，题目难度中等．