Question

火力发电厂产生的烟气中言有CO₂、CO、SO₂等物质，直接排放会对环境造成危害．对烟气中CO₂、CO、SO₂等物质进行回收利用意义重大．
（1）“湿式吸收法”利用吸收剂与烟气中的SO₂发生反应从而脱硫，其中“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL0.2mol?L^-1的NaOH溶液中通入标准状况下0.448LSO₂气体，反应后测得溶液pH＜7．则溶液中下列各离子浓度关系正确的是

 

（填字母序号）．
a．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）      
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（OH^-）
（2）CO₂是一种温室气体，人类活动产生的CO₂长期积累，威胁到生态环境，其减排问题受到全世界关注．工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如下：
①在阳极区发生的反应包括

 

和H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
②简述CO₃^2-在阴极区再生的原理

 

．
（3）再生装置中产生的CO₂和H₂在一定条件下反应生成甲醇等产物，工业上利用该反应合成甲醇．已知：25℃，101kP下：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
写出CO₂和H₂生成气态甲醇等产物的热化学方程式

 

．
（4）已知反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）；△H=-41.2kJ/mol．生成的CO₂与H₂以不同的体积比混合时在合适的条件下反应可制得CH₄．
①850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O（g）浓度变化如右图所示．下列说法正确的是

 

（填序号）．
A．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
B．第4min时，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可判断已达到化学平衡
C．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会增大
D．第8min时，若充入CO，会导致v（正）＞v（逆），平衡向正反应方向移动
E．0～4min时，CO的平均反应速率为0.030mol/（L?min）
②熔融盐燃科电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．负极反应式为

 

．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）n（SO₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，结合溶液的电中性原则、物料守恒以及质子守恒解答该题；
（2）①阳极上氢氧根离子放电生成氧气；
②碳酸氢根离子程度电离平衡、氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子；
（3）根据盖斯定律计算；
（4）①A．根据一氧化碳或水蒸气与反应热的关系计算；
B．相对分子质量与其摩尔质量在数值上相等，根据质量和物质的量计算其摩尔质量；
C．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，根据反应物和生成物浓度变化判断；
D．增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；
E．0～4min时，CO的浓度变化为0.12mol/L；
②燃料电池中，甲烷在负极失电子；
电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳．

解答： 解：（1）n（SO₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，n（NaOH）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a、亚硫酸是弱酸，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，即c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），NaHSO₃溶液是盐溶液，电离出钠离子和亚硫酸氢根离子，HSO₃^-电离和水解程度相对于亚硫酸钠的电离都比较小，所以c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故a正确；
b、NaHSO₃溶液是盐溶液，电离出钠离子和亚硫酸氢根离子，因HSO₃^-电离和水解，所以c（Na⁺）＞c（HSO₃^-），NaHSO₃溶液pH＜7，所以c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故
b正确；
c、溶液中一定存在电荷守恒，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c错误；
故答案为：a、b；
（2）①阳极上氢氧根离子放电生成氧气和水，电极反应式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②HCO₃^-存在电离平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，阴极H⁺放电浓度减小平衡右移，CO₃^2-再生；阴极H⁺放电OH^-浓度增大，OH^-与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，
故答案为：HCO₃^-存在电离平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，阴极H⁺放电浓度减小，平衡右移，CO₃^2-再生；阴极H⁺放电OH^-浓度增大，OH^-与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，CO₃^2-再生；
（3）H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol②
将方程式3①-②得CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；
（4）①A．1.2mol水蒸气参加反应，通常条件下放出的热量为41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正确；
B．由图可知4min时到达平衡，随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量始终不变，所以不能作为平衡状态的判断依据，故B错误；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故C错误；
D．第8min时，若充入CO，反应物浓度增大，会导致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反应方向移动，故D正确；
E．0～4min时，CO的浓度变化为0.20mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，CO的平均反应速率为

0.12mol/L

4min

=0.030mol/（L?min），故E正确；
故答案为：ADE；
②燃料电池中，甲烷在负极失电子，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O，
电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO₂），
故答案为：CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O；CO₂．

点评：本题考查较综合，涉及烟气中烟气脱硫、盖斯定律、电解原理等知识点，根据燃料电池中正负极发生的电极反应、盖斯定律的内涵、电解池中离子放电顺序来分析解答，侧重考查了学生的分析、理解等综合能力，难度中等．