Question

12．研究SO₂、NO_X、CO等大气污染气体的处理及利用的方法具有重要意义．
（1）火力发电厂的燃煤排烟中含大量的氮氧化物（NO_X），可利用甲烷和NO_X在一定条件下反应消除其污染．已知：
①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
则NO₂与CH₄转化成N₂和H₂O（l）的热化学方程式为2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957kJ•mol^-1．
（2）用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，有关反应为C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．一定温度下密闭容器中反应有关数据如下表：

	NO	N2	CO2
起始浓度/mol•L-1	0.10	0	0
平衡浓度/mol•L-1	0.04	0.03	0.03

①判断该反应达到平衡状态的标志是abd（填字母）．
a．v_正（NO）=2v_逆（N₂）
b．N₂的浓度保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．CO₂的体积分数不变
②若平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N₂、CO₂的浓度值比为5：3：3，则△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）利用如图所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂．
①a为电源的正极（填“正极”或“负极”），阳极的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₄^2-生成．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2．

Answer 1

分析 （1）③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依据盖斯定律计算反应热，写出反应的热化学方程式；
（2）①依据化学平衡状态的实质是正逆反应速率相等，结合反应特征分析判断；
②依据图表数据分析，结合平衡浓度计算平衡常数和浓度变化分析判断；
（3）①电解池中发生氧化反应的一极为阳极，阳极与电源正极相连，依据装置图可知二氧化硫在左边失去电子发生氧化反应，据此判断；
②依据在碱性条件下，阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应生成氮气和硫酸根离子，据此解答．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₁=180.5kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）；△H₂=-113.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₃=-889.5kJ•mol^-1
则：③-①-②得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），依据盖斯定律得：△H=-957 kJ•mol^-1；
故NO₂与CH₄转化成N₂和H₂O（l）的热化学方程式为：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
故答案为：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-957 kJ•mol^-1；
（2）①a反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v_正（NO）=2v_逆（N₂），反应达到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂）则：v_正（NO）=v_逆（NO）可以判断该反应达到平衡状态的标志，故正确；
b可逆反应达到平衡时，各种物质的浓度保持不变，N₂的浓度保持不变可以判断该反应达到平衡状态的标志，故正确；
c反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡状态压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故错误；
d容器内CO₂的体积分数不变，说明反应达到平衡，故正确；
故选：abd；
②依据图中数据可知：改变条件前各物质浓度之比为4：3：3，若平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N₂、CO₂的浓度值比为5：3：3，则说明平衡向逆向移动，逆向为吸热反应，则正向为放热反应，故△H＜0；
故答案为：＜；
（3）①依据装置图可知二氧化硫在左边失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，电解池中发生氧化反应的一极为阳极，阳极与电源正极相连，所以a为正极；
故答案为：正极；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②阴极排出的溶液为S₂O₄^2-，二氧化氮与其发生反应，S₂O₄^2-中硫元素由+3价，变为硫酸根中硫元素为+6价，S₂O₄^2-被氧化是还原剂；二氧化氮中的氮元素化合价为+4价变为氮气0价，二氧化氮被还原为氧化剂，发生的离子方程式为S₂O₄^2-+NO₂+OH^-→SO₄^2-+N₂+H₂O，依据原子守恒和得失电子守恒可得S₂O₄^2-系数为2，NO₂系数为3，所以该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2；
故答案为：3：2．

点评 本题为综合题，涉及反应热的计算、热化学方程式的书写，化学平衡状态的判断，化学平衡移动的影响因素，电解原理的分析应用等，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力，掌握基础是解题关键．