Question

14．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）利用反应：6NO₂+8NH₃$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O可以处理硝酸工业中产生的NO₂，消除尾气污染．上述反应中，每转移1.2mol电子，消耗的NO₂在标准状况下的体积是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-196.6 kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0 kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（3）如图是1molNO₂（g）和1molCO（g）反应生成CO₂（g）和NO（g）过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，则E₁减小（填“增大”“减小”或“不变”，下同），△H不变；
请写出反应的热化学方程式NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1．
（4）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视．可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，负极通入CO，正极通入空气与CO₂的混合气，制得燃料电池．电池的负极反应式为CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；使用该电池用惰性电极电解200mL1.5mol/L的NaCl溶液，电解时两极共产生448mL气体（标准状况下），写出该电解反应的离子方程式2Cl^-+2H₂O═Cl₂↑+H₂↑+2OH；假设溶液体积不变，则电解后该溶液的pH为13．

Answer 1

分析 （1）反应中NO₂中N元素化合价由+4降低为氮气中0价，据此计算NO₂的物质的量，再根据V=nV_m计算NO₂的体积；
（2）根据盖斯定律计算反应热；
（3）加入催化剂能降低反应所需的活化能，但是不改变反应物的总能量和生成物的总能量，由图可知，1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO放出热量368-134=234kJ，根据热化学方程式书写原则进行书写；
（4）该燃料电池中，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，根据电解食盐水的总反应来及计算回答，据此分析解答．

解答 解：（1）反应中NO₂中N元素化合价由+4降低为氮气中0价，转移1.2mol电子时，消耗的NO₂的物质的量=$\frac{1.2mol}{4}$=0.3mol，故消耗NO₂的体积=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案为：6.72；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（①-②）×$\frac{1}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g） 故△H=$\frac{1}{2}$×[（-196.6kJ•mol^-1）-（-113.0kJ•mol^-1）]=-41.8kJ•mol^-1，故答案为：-41.8；
（3）加入催化剂能降低反应所需的活化能，则E₁和E₂都减小，催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即反应热不改变，所以催化剂对反应热无影响，由图可知，1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO放出热量368-134=234kJ，反应热化学方程式为NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，
故答案为：减小；不变；NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1；
（4）该熔融盐燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，负极上燃料CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳，电极反应式为2CO+2CO₃^2--4e^-═4CO₂；电解氯化钠溶液反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，根据总反应当两极上共收集到0.448L即0.02 mol气体时，则生成的氯气和氢气均是0.01mol，所以生成氢氧化钠的物质的量是0.02mol，所以氢氧化钠的浓度C=$\frac{n}{V}$=V$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，所以pH=13，
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂； 2Cl^-+2H₂O═Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；13．

点评 本题考查较为综合，题目难度中等，涉及氧化还原反应计算、电化学知识、反应热计算、注意热化学方程式的书写方法和计算应用，注意焓变计算和物质聚集状态的标注，学习中要准确把握．