Question

12．污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題．硫、氮氧化物是形成酸雨、霧霾等環(huán)境污染的罪魁禍首，采用合適的措施消除其污染是保護環(huán)境的重要措施．
I．研究發(fā)現(xiàn)利用NH₃可消除硝酸工業(yè)尾氣中的NO污染．NH₃與NO的物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖1所示．

（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4 mg/m³，從A點到B點經(jīng)過0.8s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率為1.5×10^-4mg/（m³．s）．
②曲線b對應的NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，其理由是NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大．
（2）已知在25℃，101kPa時：
N₂（g）+H₂（g）═NH₃（g）△H=-Q₁kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）△H=-Q₂kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=-Q₃kJ/mol
請寫出用NH₃脫除NO的熱化學方程式：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-（3Q₂+3Q₃-2Q₁） kJ/mol．
Ⅱ．工業(yè)上還可以變“廢”為“寶”，將霧霾里含有的SO₂、NO等污染物轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₄（保險粉）
和NH₄NO₃等化工用品，其生產(chǎn)流程如圖2；
（3）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-）存在于裝置I反應后的溶液中，它們的物質(zhì)的量分數(shù)X（i）與溶
液pH的關系如圖3所示．
①溶液的pH=8時，溶液中各離子濃度由大到小的順序是c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定濃度的CaCl₂溶液，溶液中出現(xiàn)渾濁，pH降為2，用化學平衡移動原理解釋溶液pH降低的原因：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大．
（4）如圖2裝置中NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的反應的離子方程式為NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點的脫除率為55%，B點的脫除率為75%，從A點到B點經(jīng)過0.8 s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{一氧化氮脫硫的變化}{變化時間}$；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時，對應的曲線為c、b、a，故曲線b 對應NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1；
（2）NH₃脫除NO的化學方程式為4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l），可結(jié)合蓋斯定律計算；
Ⅱ．（3）①當溶液的pH=8時，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，根據(jù)離子濃度大小比較的方法來回答；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，溶液顯示酸性，根據(jù)平衡移動原理來回答；
（4）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會發(fā)生氧化還原反應．

解答 解：Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點的脫除率為55%，B點的脫除率為75%，從A點到B點經(jīng)過0.8 s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{（75%-55%）×6×1{0}^{-4}}{0.8s}$=1.5×10^-4mg/（m³•s），
故答案為：1.5×10^-4；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時，對應的曲線為c、b、a，故曲線b 對應NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，
故答案為：3：1；NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大；
（2）已知在25℃，101kPa時：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-Q₁kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-Q₂kJ/mol
③N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=-Q₃kJ/mol
利用蓋斯定律，將②×3-①×2-③×3可得4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-（3Q₂+3Q₃-2Q₁） kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-（3Q₂+3Q₃-2Q₁） kJ/mol；
Ⅱ．（3）①當溶液的pH=8時，根據(jù)圖示得到溶液是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，離子濃度大小順序是：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離大于水解，HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，溶液顯示酸性，加入CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，
故答案為：HSO₃^-在溶液中存在電離平衡：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，加CaCl₂溶液后，Ca²⁺+SO₃^2-=CaSO₃↓使電離平衡右移，c（H⁺）增大；
（4）在酸性環(huán)境下，NO和Ce⁴⁺之間會發(fā)生氧化還原反應：NO+H₂O+Ce⁴⁺=Ce³⁺+NO₂^-+2H⁺，
故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．

點評 本題考查了反應速率的計算、二氧化硫的污染及治理、化學平衡及其影響、氧化還原反應等知識，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析能力及靈活應用基礎知識的能力，注意掌握化學平衡移動原理及其應用，能夠正確書寫電極反應式、離子方程式．