Question

11．今年来，天津连续出现了严重的雾霾天气，给人们的出行及身体造成了极大的危害．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂．
①在钠碱循环法中，Na₂SO₃溶液可作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式是2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O．
②吸收液吸收SO₂的过程中，pH随m（SO₃^2-）：m（HSO₃^-）变化关系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

由上表判断，NaHSO₃溶液显酸性（填“酸、”“碱”或“中”），用化学平衡原理解释：HSO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的电离程度大于水解程度．
③当吸收液的pH将至约为6时，需送至电解槽再生，再生示意图如下：

写出HSO₃^-在阳极放电的电极反应式：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用．
（2）用CH₄催化还原NO₂可以消除氮氧化的污染，例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O，△H=-1160kJ•mol^-1
若用标准状况下4.48LCH₄还原NO₂至N₂，整个过程中转移的电子总数为1.60N_A（或1.6N_A）（阿伏伽德罗常数的值用N_A表示），放出的热量为173.4kJ．
（3）工业上合成氨所需氢气的制备过程中，其中的一步反应为：
CO（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CO₂（g）+H₂（g）：△H＜0
一定条件下，将CO（g）与H₂O（g）以体积比为1：2置于密闭容器中发生上述反应，达到平衡时测得CO（g）与H₂O（g）体积比为1：6，则平衡常数K=2.67（计算结果保留两位小数）．

Answer 1

分析 （1）①二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水，注意弱电解质写化学式；
②根据溶液中亚硫酸氢根离子浓度和亚硫酸根离子浓度的相对大小确定溶液的酸碱性；
③阳极上阴离子失电子发生氧化反应；
（2）利用盖斯定律计算反应热；
（3）根据反应前和反应后一氧化碳和水之间的体积比结合反应方程式计算出平衡时各种物质的物质的量浓度，再根据平衡常数公式进行计算．

解答 解：（1）①酸性氧化物和碱反应生成盐和水，所以二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水，反应方程式为2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O，
故答案为：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；
②在溶液中主要以HSO₃^-存在，HSO₃^-的电离很微弱，所以n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）＜1：1，根据表格知，当亚硫酸氢根离子的物质的量大于亚硫酸根离子的物质的量时，亚硫酸氢钠溶液呈酸性，亚硫酸氢根离子既能水解又能电离，亚硫酸氢钠溶液呈酸性同时说明HSO₃^-的电离程度大于水解程度，
故答案为：酸性；HSO₃^-存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2- 和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的电离程度大于水解程度；
③阳极上亚硫酸氢根离子失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（2）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ/mol
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol
n（CH₄）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，整个过程中转移的电子总数为：0.20mol×8N_A=1.60N_A，放出的热量为：0.2mol×867kJ/mol=173.4kJ，
故答案为：1.60N_A（或1.6N_A）；173.4；
（3）同一容器中各气体的物质的量之比等于其体积之比，
设容器的体积为1L，加入的一氧化碳的物质的量为1mol，则水的物质的量为2mol，假设平衡时一氧化碳的物质的量为x，
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0
开始            1mol     2mol             0               0 
反应           1-x        2-6x             1-x           1-x   
平衡             x          6x               1-x            1-x
则：（1-x）：（2-6x）=1：1，x=0.2mol，
所以平衡时，c（CO）=0.2mol/L，c（H₂O）=1.2mol/L，c（H₂）=C（CO₂）=0.8mol/L，
K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=$\frac{8}{3}$≈2.67，
故答案为：2.67．

点评 本题考查较为综合，涉及离子方程式、电极反应式的书写和化学平衡常数的计算等知识点，明确同一体系中气体的物质的量之比等于其体积之比是解（3）题的关键，注意电极反应式的书写是高考热点，难度中等．