题目内容
中国气象局的数据显示，2013年全国平均雾霾天数为52年来之最．形成雾霾的主要成份为：生产生活中排放的废气、汽车尾气及扬尘等．
（1）用CH4可以消除汽车尾气中氮氧化物的污染．
已知：CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ?mol-1
2NO2（g）═N2O4（g）△H=-56.9kJ?mol-1
写出CH4催化还原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的热化学方程式 ．
（2）已知：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ?mol-1，某温度下，向容积为2L的密闭容器中充入2.0mol CO（g）和2.0mol H2O（g），在tmin时达到平衡，测得放出了32.8kJ热量，则tmin内用H2表示的平均反应速率为 ，由此可知在该温度下反应CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）的化学平衡常数为 ．相同条件下，向同一密闭容器中充入1.0mol CO2和1.0mol H2反应达到平衡后，吸收的热量为 kJ．
（3）碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺主要有以下三步
①向Al2（SO4）3溶液中投入粉末状石灰石，生成碱式硫酸铝[Al2（SO4）3?Al2O3]溶液．
②碱式硫酸铝吸收SO2，Al2（SO4）3?Al2O3+3SO2=Al2（SO4）3?Al2（SO3）3，请写出Al2（SO4）3?Al2O3与过量烧碱溶液反应的化学方程式： ．
③将Al2（SO4）3?Al2 （SO3）3氧化成Al2（SO4）3，可选用氧化剂为 （填代号）．
a．浓硫酸 b．KMnO4溶液 c.5%的H2O2溶液 d．空气
该步反应的目的是： ．
（1）用CH4可以消除汽车尾气中氮氧化物的污染．
已知：CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ?mol-1
2NO2（g）═N2O4（g）△H=-56.9kJ?mol-1
写出CH4催化还原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的热化学方程式
（2）已知：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ?mol-1，某温度下，向容积为2L的密闭容器中充入2.0mol CO（g）和2.0mol H2O（g），在tmin时达到平衡，测得放出了32.8kJ热量，则tmin内用H2表示的平均反应速率为
（3）碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺主要有以下三步
①向Al2（SO4）3溶液中投入粉末状石灰石，生成碱式硫酸铝[Al2（SO4）3?Al2O3]溶液．
②碱式硫酸铝吸收SO2，Al2（SO4）3?Al2O3+3SO2=Al2（SO4）3?Al2（SO3）3，请写出Al2（SO4）3?Al2O3与过量烧碱溶液反应的化学方程式：
③将Al2（SO4）3?Al2 （SO3）3氧化成Al2（SO4）3，可选用氧化剂为
a．浓硫酸 b．KMnO4溶液 c.5%的H2O2溶液 d．空气
该步反应的目的是：
考点：常见的生活环境的污染及治理,热化学方程式,化学平衡的调控作用,化学平衡的计算
专题：化学平衡专题,化学应用
分析：（1）现根据题意写出化学方程式，再根据“加减法”求算此反应的焓变；
（2）反应放出的热量与反应物消耗的物质的量成正比，由此可求得各组分的物质的量的变化及平衡时的浓度，代入化学反应速率公式和平衡常数表达式即可求出，反应吸收的热量由“等效平衡”原理求算；
（3）Al2（SO4）3?Al2O3与过量烧碱溶液反应可看做Al3+和Al2O3与过量的氢氧化钠反应即可；氧化剂的选取要考虑两点，第一能不能把亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子，第二会不会引入新的杂质；将Al2（SO4）3?Al2 （SO3）3氧化成Al2（SO4）3，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al2（SO4）3．
（2）反应放出的热量与反应物消耗的物质的量成正比，由此可求得各组分的物质的量的变化及平衡时的浓度，代入化学反应速率公式和平衡常数表达式即可求出，反应吸收的热量由“等效平衡”原理求算；
（3）Al2（SO4）3?Al2O3与过量烧碱溶液反应可看做Al3+和Al2O3与过量的氢氧化钠反应即可；氧化剂的选取要考虑两点，第一能不能把亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子，第二会不会引入新的杂质；将Al2（SO4）3?Al2 （SO3）3氧化成Al2（SO4）3，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al2（SO4）3．
解答：
解：（1）首先对已知两个热化学方程式编号：①CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ?mol-1 ②2NO2（g）═N2O4（g）△H=-56.9kJ?mol-1，所求热化学方程式为③CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H，利用“加减法”可知③=①-②，所以△H=（-955kJ?mol-1 ）-（-56.9kJ?mol-1）=-898.1 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=-898.1 kJ?mol-1；
（2）反应达到平衡时△n（CO）=1mol×
=0.8mol，由此可求得各组分的数据如下所示：
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
开始：2mol 2mol 0 0
变化：0.8mol 0.8mol 0.8mol 0.8mol
平衡：1.2mol 1.2mol 0.8mol 0.8mol
平衡浓度：0.6mol/L 0.6mol/L 0.4mol/L 0.4mol/L
所以v（H2）=
=
=
mol?L-1?min-1；此反应的平衡常数K1=
=
=
，CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）的化学平衡常数K=
=
=2.25；恒温恒容条件下，向同一密闭容器中充入1.0mol CO2和1.0mol H2反应所达到的平衡与充入1.0mol CO和1.0mol H2O反应所达到的平衡为等效平衡，前者达到平衡时吸收的热量与后者达到平衡所放出的热量之和等于41kJ，所以前者达到平衡时吸收的热量等于41kJ-
×32.8kJ=24.6kJ，
故答案为：
mol?L-1?min-1；2.25；24.6；
（3）②由于Al3+和Al2O3分别与过量的氢氧化钠溶液反应时均有Na[Al（OH）4]生成，所以Al2（SO4）3?Al2O3与烧碱溶液反应的产物为Na[Al（OH）4]以及Na2SO4，由此不难写出Al2（SO4）3?Al2O3+3H2O+10NaOH=4Na[Al（OH）4]+3Na2SO4，故答案为：Al2（SO4）3?Al2O3+3H2O+10NaOH=4Na[Al（OH）4]+3Na2SO4；
③a、浓硫酸不能氧化亚硫酸根离子，故a不可选；b、KMnO4溶液做氧化剂时会引入杂质离子K+、Mn2+，故b不可选；5%的H2O2溶液与空气均可氧化而且不引入杂质，故c、d可选；通过该步实验操作，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al2（SO4）3，实现了Al2（SO4）3的循环使用，
故答案为：cd；生成Al2（SO4）3循环使用．
故答案为：CH4（g）+N2O4（g）=N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=-898.1 kJ?mol-1；
（2）反应达到平衡时△n（CO）=1mol×
| 32.8 |
| 41 |
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
开始：2mol 2mol 0 0
变化：0.8mol 0.8mol 0.8mol 0.8mol
平衡：1.2mol 1.2mol 0.8mol 0.8mol
平衡浓度：0.6mol/L 0.6mol/L 0.4mol/L 0.4mol/L
所以v（H2）=
| △n(H2) |
| V?△t |
| 0.8mol |
| 2L×tmin |
| 0.4 |
| t |
| c(CO2)?c(H2) |
| c(CO)?c(H2O) |
| 0.4mol/L×0.4mol/L |
| 0.6mol/L×0.6mol/L |
| 4 |
| 9 |
| 1 |
| K1 |
| 9 |
| 4 |
| 1 |
| 2 |
故答案为：
| 0.4 |
| t |
（3）②由于Al3+和Al2O3分别与过量的氢氧化钠溶液反应时均有Na[Al（OH）4]生成，所以Al2（SO4）3?Al2O3与烧碱溶液反应的产物为Na[Al（OH）4]以及Na2SO4，由此不难写出Al2（SO4）3?Al2O3+3H2O+10NaOH=4Na[Al（OH）4]+3Na2SO4，故答案为：Al2（SO4）3?Al2O3+3H2O+10NaOH=4Na[Al（OH）4]+3Na2SO4；
③a、浓硫酸不能氧化亚硫酸根离子，故a不可选；b、KMnO4溶液做氧化剂时会引入杂质离子K+、Mn2+，故b不可选；5%的H2O2溶液与空气均可氧化而且不引入杂质，故c、d可选；通过该步实验操作，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al2（SO4）3，实现了Al2（SO4）3的循环使用，
故答案为：cd；生成Al2（SO4）3循环使用．
点评：本题考查全面，热化学方程式书写要掌握好“加减法”求焓变的方法，书写时注意物质的状态和计算结果的准确性，对于化学反应速率和平衡常数的计算注意利用“三段法”理清各组分的量的大小，铝及其化合物知识要注意灵活处理，从反应物中找出反应的原理所在，方程式注意配平．
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下列各溶液中一定能大量共存的离子组是（ ）
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| B、K+、Fe3+、ClO-、H+ |
| C、Na+、SO32-、S2-、MnO4- |
| D、K+、Na+、OH-、Ba2+ |
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| ||||
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