Question

18．“一带一路”将为中国化工企业开辟新的国际市场，其中，能源、资源整合和环境治理是保驾护航的基础．
（1）下面是不同过程的热化学方程式，请写出FeO（s）被CO还原成Fe和CO₂的热化学方程式FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol．
已知：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₁=-25kJ•mol^-1  ①
3Fe₂O₃（s）+CO（g）═2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H₂=-47kJ•mol^-1②
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H₃=+19kJ•mol^-1     ③
（2）贵金属的冶炼中往往会产生有毒气体，先进技术使用NaBH₄为诱导剂，可使Co²⁺与肼（N₂H₄）在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体．
①写出该反应的离子方程式：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O．
②在纳米钴的催化作用下，肼可以发生分解反应3N₂H₄（g）$?_{△}^{催化剂}$N₂（g）+4NH₃（g）
保持温度不变，向容积固定的容器中充入一定量的肼，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是acd
a．容器内压强不随时间改变
b．单位时间内生成amol N₂的同时，生成4molNH₃
c．N₂H₄和NH₃的物质的量之比保持不变的状态
d．混合气体的平均摩尔质量保持不变的状态
若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图1所示，其中曲线b表示的是NH₃（物质的化学式）的体积分数随温度的变化情况，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反应温度或增加压强等（任写一种）．

（3）大气污染气的主要成分是SO₂和NO₂．利用图2所示装置（电极均为惰性电极）可以吸收SO₂，还可以用阴极排出的溶液吸收NO₂．
①a极为阳（填“阴”“阳”） b极的电极反应式为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-═S₂O₄^2-+2H₂O．
②简述该装置能吸收SO₂的原理：SO₂在a极发生氧化反应，电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，H⁺通过阳离子交换膜进入b极室．

Answer 1

分析 （1）已知：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），△H1=-25KJ/mol…①，
3Fe₂O₃（s）+CO（g）═2Fe₃O₄（s）+CO₂（g），△H2=-47KJ/mol…②，
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g），△H3=19KJ/mol…③，
根据盖斯定律将方程式变形$\frac{（3×①-②-2×③）}{6}$得：Fe（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g），△H；
（2）①依据题意，反应物为Co²⁺与肼（N₂H₄）、碱性条件下存在OH^-，生成物为：钴单质，据此得出Co的化合价降低，故N的化合价升高，只能为0价，即氮气，依据氧化还原反应得失电子守恒回答即可；
②根据化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析；据图象分析；据影响平衡移动的因素判断；
（3）①依据图示可知，二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极区发生反应SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，阳极与电源的正极a相连，b为电源负极，阴极的电极反应式为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-═S₂O₄^2-+2H₂O，阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解时，阳离子移向阴极，据此分析；
②该装置吸收SO₂的原理是SO₂在 a极发生氧化反应，电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，H⁺通过阳离子交换膜进入b 极室．

解答 解：（1）Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），△H1=-25KJ/mol…①，
3Fe₂O₃（s）+CO（g）═2Fe₃O₄（s）+CO₂（g），△H2=-47KJ/mol…②，
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g），△H3=19KJ/mol…③，
根据盖斯定律将方程式变形（3×①-②-2×③）÷6得：Fe（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g），△H=$\frac{（3×△H1-△H2-2×△H3）}{6}$=-11KJ/mol．
故答案为：FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol；
（2）①依据题意，反应物为Co²⁺与肼（N₂H₄）、碱性条件下存在OH^-，生成物为：钴单质，据此得出Co的化合价降低，故N的化合价升高，只能为0价，即氮气，据此得出还有水生成，氧化还原反应中存在得失电子守恒以及元素守恒，故此反应的离子反应方程式为：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O，
故答案为：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O；
②化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析选项，3N₂H₄（g）$?_{△}^{催化剂}$N₂（g）+4NH₃（g）反应是气体体积变化的反应；
a．容器内压强不随时间改变，即各成分含量保持不变，能说明反应达到平衡状态，故a符合；
b．单位时间内生成amol N₂的同时，生成4molNH₃，都表示的是正反应，故不能说明正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态，故b不符合；
c．N₂H₄和NH₃的物质的量之比保持不变，即各成分含量保持不变，故c符合；
d．混合气体的平均摩尔质量保持不变的前提是气体组成不变，故反应到达了平衡，故d符合；
故选acd；曲线b表示的是NH₃的体积分数随温度的变化情况；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反应温度或增加压强等；
故答案为：a c d；NH₃；降低反应温度或增加压强等；
（3）①依据图示可知，二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极区发生反应SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，与电源的正极相连的a为阳极，故a为阳极，b为阴极，阴极的电极反应式为：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-═S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：阳；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-═S₂O₄^2-+2H₂O；
②该装置吸收SO₂的原理是SO₂在 a极发生氧化反应，电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，H⁺通过阳离子交换膜进入b 极室，
故答案为：SO₂在 a极发生氧化反应，电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，H⁺通过阳离子交换膜进入b 极室．

点评 本题是综合性题目，关键是（3）考查了电解原理的分析应用，主要是电极反应，电极名称判断，理解电解池原理是关键，题目难度中等．