Question

7．汽車尾氣中NO_x的消除及無害化處理引起社會廣泛關(guān)注．
（1）某興趣小組查閱文獻(xiàn)獲得如下信息：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g））△H=-483.6kJ/mol
則反應(yīng)2H₂（g）+2NO（g）═2H₂O（g）+N₂（g）△H=-664.1kJ/mol．
（2）該小組利用電化學(xué)原理設(shè)計(jì)了如圖1裝置進(jìn)行H₂還原NO的實(shí)驗(yàn)[高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，金屬鈀薄膜做電極]．鈀電極A為陰極，電極反應(yīng)式為2NO+4H⁺+4e^-=N₂ +2H₂O．
（3）氨法催化還原NO原理如下：
主反應(yīng)：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）   （△H＜0）
副反應(yīng)：4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
4NH₃（g）+4O₂（g）?2N₂O（g）+6H₂O（g）
4NO（g）+4NH₃（g）+3O₂（g）?4N₂O（g）+6H₂O（g）
有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖2、圖3所示，據(jù)此回答以下問題：

①催化還原NO應(yīng)控制n（NH₃）/n（NO）的最佳值為1，理由是n（NH₃）/n（NO）小于1時(shí)，NO脫除率不高，n（NH₃）/n（NO） 大于1時(shí)，NO脫除率增加不明顯且N₂O生成率明顯增加．
②主反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{4}（{N}_{2}）}{c（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{4}（NO）}$，隨著溫度的增加，K將減�。ㄟx填“增加”、“減小”或“不變”．
③影響N₂O生成率的因素有溫度、氧氣濃度和n（NH₃）/n（NO）．
（4）已知25℃時(shí)，Ksp（BaSO₄）=1×10^-10，Ksp（BaCO₃）=1×10^-9．萬一誤服了BaCO₃，應(yīng)盡快用大量的0.5mol/L的Na₂SO₄溶液給患者洗胃，如果忽略洗胃過程中Na₂SO₄溶液濃度的變化，殘留在胃液中的Ba²⁺濃度僅為2×10^-10mol/L．
（5）長期使用的鍋爐需要定期除水垢，否則會降低燃料的利用率．水垢中含有的CaSO₄可先用Na₂CO₃溶液處理，反應(yīng)的離子方程式為CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知反應(yīng)和蓋斯定律，可得目標(biāo)反應(yīng)的△H；
（2）根據(jù)在鈀電極A的反應(yīng)物和生成物，可知發(fā)生還原反應(yīng)，利用守恒配平即得電極反應(yīng)式；
（3））①由圖3可知，n（NH₃）/n（NO） 小于1時(shí)，NO脫除率不高，n（NH₃）/n（NO） 大于1時(shí)，NO脫除率增加不明顯且N₂O生成率明顯增加，故催化還原NO應(yīng)控制$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$的最佳值為1；
②根據(jù)主反應(yīng)的方程式：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g），得平衡常數(shù)表達(dá)式；因?yàn)檎�反�?yīng)放熱，所以升高溫度平衡逆向移動，K將減��；
③根據(jù)平衡移動的規(guī)律、反應(yīng)的方程式和圖2、圖3可知，影響N₂O生成率的因素；
（4）根據(jù)BaSO₄的溶度積K_sp=c （Ba²⁺）×c （SO_4^2-）以及C（SO₄^2-）來求；
（5）CaSO₄與CO₃^2-反應(yīng)生成CaCO₃；從沉淀的轉(zhuǎn)化角度分析．

解答 解：（1）根據(jù)已知反應(yīng)：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ/mol-----①
                   2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ/mol-----②
根據(jù)蓋斯定律，則反應(yīng)2H₂（g）+2NO（g）=2H₂O（g）+N₂（g）可由②-①得到，則△H=△H₂-△H₁=-664.1kJ/mol，
故答案為：-664.1kJ/mol；
（2）在鈀電極A，NO 轉(zhuǎn)化為N₂ ，發(fā)生還原反應(yīng)，故為陰極，根據(jù)已知反應(yīng)物和生成物，利用守恒配平即得電極反應(yīng)式為2NO+4H⁺+4e^-=N₂ +2H₂O，
故答案為：陰； 2NO+4H⁺+4e^-=N₂ +2H₂O
（3）①由圖3可知，n（NH₃）/n（NO） 小于1時(shí)，NO脫除率不高，n（NH₃）/n（NO） 大于1時(shí)，NO脫除率增加不明顯且N₂O生成率明顯增加，催化還原NO應(yīng)控制$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$的最佳值為1，
故答案為：1；n（NH₃）/n（NO）小于1時(shí)，NO脫除率不高，n（NH₃）/n（NO） 大于1時(shí)，NO脫除率增加不明顯且N₂O生成率明顯增加；
②根據(jù)主反應(yīng)的方程式：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g），得平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{4}（{N}_{2}）}{c（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{4}（NO）}$，因?yàn)檎�反�?yīng)放熱，所以隨著溫度的增加，平衡逆向移動，K將減小，
故答案為：$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{4}（{N}_{2}）}{c（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{4}（NO）}$；減��；
③根據(jù)反應(yīng)的方程式和圖2、圖3可知，影響N₂O生成率的因素有 溫度、氧氣濃度和n（NH₃）/n（NO）．n（NH₃）/n（NO） 小于1時(shí)，NO脫除率不高，n（NH₃）/n（NO） 大于1時(shí)，NO脫除率增加不明顯且N₂O生成率明顯增加，
故答案為：溫度； n（NH₃）/n（NO）；
（4）因C（SO₄^2-）=0.5mol•L^-1，BaSO₄的溶度積K_sp=c （Ba²⁺）×c （SO_4^2-）=1×10^-10，所以C（SO₄^2-）=$\frac{1×1{0}^{-10}}{0.5}$=2×10^-10mol•L^-1，故答案為：2×10^-10；
（5）CaSO₄ 轉(zhuǎn)化為CaCO₃的離子方程式為CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
由平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，可加入Na₂CO₃溶液后，加入Na₂CO₃溶液后CO₃^2-與Ca²⁺結(jié)合生成CaCO₃沉淀Ca²⁺濃度減少，使CaSO₄的沉淀溶解平衡向溶解方向移動，發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
故答案為：Na₂CO₃；CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．

點(diǎn)評 本題結(jié)合一些新信息考查了蓋斯定律的應(yīng)用、電化學(xué)、化學(xué)平衡等知識，綜合性較強(qiáng)．