Question

【題目】秋冬季是霧霾高發(fā)的季節(jié)，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧羅的主要原因之一。

（1）工業(yè)上利用甲烷催化還原NO，可減少氮氧化物的排放。

已知：CH4(g)+4NO2(g)=-4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ/mol

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為_____________。

（2）汽車尾氣催化凈化是控制汽車尾氣排放、減少汽車尾氣污染的最有效的手段，主要原理為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0

向一定條件下的恒容密用容器中充入NO和CO，用傳感器測得該反應在不同時間時NO和CO的濃度如下表所示：

時間/s	0	1	2	3	4
c(NO)/mol/L	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3
c(CO)/mol/L	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3

①下列可判斷反應達到平衡狀態(tài)的是___________(填字母代號)。

A.c(NO)不再改變 B.c(NO)/c(CO)不再改變

C.c(NO)/c(CO2)不再改變 D.V(NO)=V(CO)

②此條件下達到平衡時，該反應的平衡常數(shù)K=________。

③為了提高尾氣處理的效果，可采取的措施有________(寫出兩種即可)。

（3）工業(yè)上常采用“堿溶液吸收”的方法來同時吸收SO2，和氮的氧化物氣體(NOx)，如用氫氧化鈉溶液吸收可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。已知:常溫下，HNO2的電離常數(shù)為Ka=7×10-4，H2SO3的電離常數(shù)為Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8。

①常溫下，相同濃度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH較大的是______溶液。

②常溫下， NaHSO3顯___性 (填“酸”“堿”或“中”，判斷的理由是(通過計算說明)______。

（4）鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見有+3、+4兩種價態(tài)。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-（二者物質(zhì)的量之比為1:1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時再生Ce4+，其原理如下圖所示。

①Ce4+從電解槽的_____(填字母代號)口流出。

②寫出陰極的電極反應式：______________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=一867kJ/mol AC 2.56×105 降低溫度，或增大壓強(或壓縮體積)，或使用催化活性更好的催化劑等(寫出兩種即可) Na2SO3 酸 因為HSO3-的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，水解常數(shù)Kb=≈8.3×10-13，電離常數(shù)大于水解常數(shù)，所以溶液顯酸性 a 2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O

【解析】本題主要考查有關(guān)平衡狀態(tài)的判斷和計算。

（1）將已知的兩個熱化學方程式相加再除以2可得甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=一867kJ/mol。

（2）①A.c(NO)隨著反應進行而改變，當c(NO)不再改變時，說明反應達到平衡狀態(tài)，故A可判斷反應達到平衡狀態(tài)；B.c(NO)/c(CO)與平衡狀態(tài)之間沒有一定關(guān)系，故B不能判斷反應達到平衡狀態(tài)；C.c(NO/c(CO2)隨著反應進行而改變，當c(NO/c(CO2)不再改變時，說明反應達到平衡狀態(tài)，故C可判斷反應達到平衡狀態(tài)；D.V(NO)和V(CO)都是正反應速率，不能說明正反應速率等于逆反應速率，故D不能判斷反應達到平衡狀態(tài)。故選AC。

②此條件下達到平衡時，c(NO)=1.00×10-3mol/L，c(CO)=1.00×10-3mol/L，c(CO2)=8.00×10-3mol/L，c(N2)=4.00×10-3mol/L，該反應的平衡常數(shù)K=2.56×105。

③為了提高尾氣處理的效果，可采取的措施有降低溫度，或增大壓強(或壓縮體積)，或使用催化活性更好的催化劑等

（3）①常溫下，HNO2的電離常數(shù)Ka=7×10-4>H2SO3的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，所以相同濃度的水解程度Na2SO3>NaNO2，pH較大的是Na2SO3溶液。

②常溫下，NaHSO3顯酸性，判斷的理由：因為HSO3-的電離常數(shù)Ka2=5.8×10-8，水解常數(shù)Kb=≈8.3×10-13，電離常數(shù)大于水解常數(shù)，所以溶液顯酸性。

（4）①Ce4+是氧化產(chǎn)物，在陽極生成，從電解槽的a口流出。

②陰極發(fā)生還原反應，在陰極NO2-轉(zhuǎn)化為N2，陰極的電極反應式：2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O。