Question

【題目】汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾的主要原因之一。

(1)工業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) ΔH=-574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為____________________________。

(2)減少汽車尾氣污染的原理為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH ＜0。向恒溫恒容密閉容器中充入NO和CO，用傳感器測得的數據如下表所示：

時間/s	0	1	2	3	4
c(NO)/×10-3mol·L1	9.00	4.00	2.00	1.00	1.00
c(CO)/×10-3mol·L1	9.00	4.00	2.00	1.00	1.00

①為了提高尾氣處理的效果，可采取的措施有____________（寫出兩種即可）。

②此條件下達到平衡時，計算該反應的平衡常數K=____________________。

(3)工業上用氫氧化鈉溶液來同時吸收SO2和氮的氧化物氣體(NOx)，可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。（已知：常溫下，HNO2的電離常數為Ka=7×10-4，H2SO3的電離常數為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)鈰素(Ce)常見有+3、+4兩種價態。NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-（二者物質的量之比為1∶1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO2-轉化為無毒物質，同時再生Ce4+，其原理如圖所示。

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) ΔH=-867kJ·mol1 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） 2.56×105 Na2SO3 酸 因為HSO3-的電離常數Ka2=5.8×10-8，水解常數Kh2=≈8.3×10-13，電離常數大于水解常數，所以溶液顯酸性 a 2NO2-+8H++6e=N2↑+4H2O

【解析】

(1)已知：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol1

將第一個方程式加上第二個方程式，再整體除以2得到甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH =；故答案為：CH4(g)+2NO2(g)= N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol1。

(2)①該反應是正向為體積減小的放熱反應，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；故答案為：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)。

②此條件下達到平衡時，c(NO)= c(CO) =1.00×10-3mol·L1，Δc(NO)=8.00×10-3mol·L1，c(N2)=Δc(N2)= Δc(NO)= ×8.00×10-3mol·L1 =4.00×10-3mol·L1，c(CO2)=Δc(CO2)=Δc(NO)=8.00×10-3mol·L1，因此反應的平衡常數；故答案為：2.56×105。

(3)①常溫下，HNO2的電離常數為Ka=7×10-4，H2SO3的電離常數為Ka2=5.8×10-8，因此酸性強弱為HNO2＞HSO3－，根據越弱越水解，堿性強，則相同濃度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH較大的是Na2SO3溶液；故答案為：Na2SO3。

②常溫下，HSO3－的電離常數Ka2=5.8×108，水解常數Kh2=≈8.3×1013，電離常數大于水解常數，所以溶液顯酸性；故答案為：酸；因為HSO3－的電離常數Ka2=5.8×108，水解常數Kh2=≈8.3×1013，電離常數大于水解常數，所以溶液顯酸性。

(4)①Ce3+化合價升高變為Ce4+，失去電子發生氧化反應，在陽極反應，因此Ce4+從電解槽的a口流出；故答案為：a。

②NO2－轉化為無毒物質，N化合價降低，得到電子發生還原反應，在陰極反應，因此陰極的電極反應式2NO2－ + 8H++6e－ = N2↑+4H2O；故答案為：2NO2－ + 8H++6e－ = N2↑+4H2O。