Question

6．雾霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物都是形成雾霾天气的重要因素．下列方法可处理氮氧化物和硫氧化物．
（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在一定条件下，发生反应：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ/mol．
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表．

浓度/mol/L 时间/min	0	10	20	30
NO	1.00	0.58	0.40	0.40
N2	0	0.21	0.30	0.30
CO2	0	0.21	0.30	0.30

①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=0.042mol/（L•min），T₁℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{9}{16}$．
②若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1：1，则Q＜（填“＞”、“=”或“＜”）0．
（2）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．反应原理如图甲所示．

①由图甲可知，SCR技术中的氧化剂为NO、NO₂．已知c（NO₂）：c（NO）=1：1时脱氮效果最佳，若生成1mol N₂时反应放出的热量为Q kJ．此时对应的脱氮反应的热化学方程式为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol．
②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业选取的最佳催化剂及相应的温度分别为Mn、200℃．
（3）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，则该溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒浓度的代数式表示）．
（4）某研究小组用NaOH溶液吸收二氧化硫后，将得到的Na₂SO₃溶液进行电解，其中阴阳膜组合电解装置如图丙所示，电极材料为石墨．
①a表示阳（填“阴”或“阳”）膜．A-E分别代表原料或产品．
其中C为稀硫酸，则A为NaOH溶液（填写化学式）
②阳极电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①反应时间为△t=10min，根据表中数据，该时间段内，NO的物质的量浓度改变量为△c（NO）=1.00-0.58=0.42mol/L，根据化学反应平均速率公式v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$计算，将反应达到平衡时，各组分的浓度代入平衡常数表达式计算；
②原平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为0.40：0.30：0.30=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1：1，可见化学平衡向逆反应方向移动，据此判断焓变情况；
（2）①根据图甲分析，NH₃，NO和NO₂在催化剂表面发生反应，生成N₂和H₂O（g），根据N的化合价改变判断，氧化还原反应中的氧化剂发生还原反应，N化合价降低，发生的反应为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g），生成1mol N₂时反应放出的热量为Q kJ，据此写出热化学方程式；
②根据图2分析，考虑适合的温度和高的脱单率，据此选择合适的催化剂；
（3）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，根据电荷守恒分析；
（4）①电解过程中，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，根据阴极的电极反应式分析A产物；
②阳极为物质失去电子，发生氧化反应，考虑到C处产物为稀硫酸，据此写出阳极的电极反应．

解答 解：（1）①反应时间为△t=10min，根据表中数据，该时间段内，NO的物质的量浓度改变量为△c（NO）=1.00-0.58=0.42mol/L，根据化学反应平均速率公式v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.42mol/L}{10min}$=0.042mol/（L•min），
根据表中数据，平衡时，各组分浓度为：c（NO）=0.40mol/L，c（N₂）=0.30mol/L，c（CO₂）=0.30mol/L，
反应的化学平衡常数为K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.30mol/L×0.30mol/L}{（0.40mol/L）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，
故答案为：0.042mol/（L•min）；$\frac{9}{10}$；
②原平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为0.40：0.30：0.30=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1：1，可见化学平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，因此△H=Q＜0，
故答案为：＜；
（2）①根据图甲分析，NH₃，NO和NO₂在催化剂表面发生反应，生成N₂和H₂O（g），根据N的化合价改变判断，氧化还原反应中的氧化剂发生还原反应，N化合价降低，则氧化剂为NO，NO₂，发生的反应为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g），生成1mol N₂时反应放出的热量为Q kJ，则该反应的焓变△H=-2QkJ/mol，所以时对应的脱氮反应的热化学方程式为：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol，
故答案为：NO、NO₂；2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H=-2QkJ/mol；
②根据图2分析，200℃时Mn的催化效率更高，500℃时，Cr的催化效率更高，相比之下，200℃的耗能更少，则工业选取的最佳催化剂及相应的温度分别为：Mn、200℃，
故答案为：Mn、200℃；
（3）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，若所得溶液呈中性，则溶液中c（H⁺）=c（OH^-），根据电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），由于c（H⁺）=c（OH^-），则c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），所以该溶液中c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），
故答案为：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）；
（4）①电解过程中，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则a膜应为阳离子交换膜，电解池阴极发生的反应为物质得到电子，发生还原反应，则阴极处的电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，Na⁺在阴极处，则A产物为NaOH，
故答案为：阳；NaOH；
②电解池阳极反应为物质失去电子，发生氧化反应，考虑到C产物为稀硫酸，则阳极反应应为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

点评 本题主要考查化学原理部分知识，包含化学反应速率的计算，化学平衡常数的计算，热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，电荷守恒的应用，电化学原理，电极反应式的书写，考查的是综合运用化学知识的能力，平时需加强这方面的训练，均为高频考点，题目难度中等．