Question

14．煙氣（主要成分CO₂、CO、SO₂、NO_X） 的排放對(duì)環(huán)境有很大的影響．
I．利用氨水作吸收液是當(dāng)前有效捕捉CO₂的方法，經(jīng)過可逆反應(yīng)生成NH₄HCO₃．生成的NH₄HCO₃分解可得到CO₂，從而實(shí)現(xiàn)吸收液的再生．
（1）寫出氨水捕捉 CO₂的化學(xué)方程式CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃．
（2）已知：NH₄HCO₃溶液顯堿性，下列說法不正確的是ac．
a．c（NH₃•H₂O）＞c （H₂CO₃）
b．c（NH₄⁺）＞c （HCO₃^-）＞c （OH^-）＞c （H⁺）　
c．c（NH₃•H₂O）+c （NH₄⁺）=c （H₂CO₃）+c （HCO₃^-）
d．c（HCO₃^-）+2c （CO₃^2-）+c （OH^-）=c （H⁺）+c （NH₄⁺）
（3）如圖是氨水吸收 CO₂的脫除率隨溫度變化的關(guān)系圖1．

應(yīng)用平衡移動(dòng)原理分析 CO₂在 40℃-45℃脫除率降低可能的原因氨水吸收CO₂為放熱反應(yīng)，在40～45℃升高溫度平衡向左移動(dòng)，使CO₂脫除率降低．（4）捕捉的 CO₂和 H₂O 的混合氣體在固態(tài)金屬氧化物電解池中電解可制備 H₂和 CO，是一種新的能源利用方
式，基本原理如圖2所示．
①X 是電源的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：H₂O+2eˉ=H₂+O²ˉ和CO₂+2e^-=CO+O^2-．
②a 和 b 兩電極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量之比為2：1．
Ⅱ．SO₂、NO_X 可以經(jīng) O₃預(yù)處理后用 CaSO₃水懸浮液吸收，可減少煙氣中SO₂、NO_X的含量．O₃氧化煙氣中 NO_X的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
NO （g）+O₃（g）=NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
NO （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=NO₂（g）△H=-58.2kJ•mol^-1
（5）依據(jù)以上反應(yīng)，可知：3NO （g）+O₃（g）=3NO₂（g）△H=-317.3kJ•mol^-1．
（6）用CaSO₃水懸浮液吸收煙氣中NO₂時(shí)，清液 （ pH約為8）中SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，其離子方程式為SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（7）CaSO₃水懸浮液中加入Na₂SO₄溶液能提高NO₂的吸收速率，用平衡移動(dòng)原理解釋其主要原因是CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），加入Na₂SO₄溶液，SO₄^2-結(jié)合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移動(dòng)，c（SO₃^2-）增大，提高NO₂的吸收速率．

Answer 1

分析 （1）利用氨水作吸收液是當(dāng)前有效捕捉CO₂的方法，經(jīng)過可逆反應(yīng)生成NH₄HCO₃，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）NH₄HCO₃溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），說明銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子的水解程度，則c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），然后結(jié)合物料守恒、電荷守恒進(jìn)行判斷各離子濃度大小；
（3）根據(jù)氨氣與水二氧化碳的反應(yīng)為放熱反應(yīng)分析；
（4）①電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)與X極相連的電極產(chǎn)生的氣體判斷；電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)物結(jié)合化合價(jià)的變化分析；
②根據(jù)圖示知：陰極產(chǎn)生H₂、CO，陽極產(chǎn)生氧氣，結(jié)合電極總反應(yīng)計(jì)算；
（5）NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1①
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1②
將方程式②+①3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（6）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，同時(shí)SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫離子方程式；
（7）根據(jù)CaSO₃+SO₄^2-=CaSO₄+SO₃^2-知，加入硫酸鈉導(dǎo)致亞硫酸根離子濃度增大，濃度越大反應(yīng)速率越大．

解答 解：（1）氨水作吸收液捕捉CO₂，經(jīng)過可逆反應(yīng)生成NH₄HCO₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃，
故答案為：CO₂+NH₃•H₂O?NH₄HCO₃；    
（2）NH₄HCO₃溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），說明銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子的水解程度，則c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），
a．銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子的水解程度，則c（NH₃•H₂O）＜c（H₂CO₃），故a錯(cuò)誤；
b．根據(jù)分析可知：c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故b正確；
c．根據(jù)碳酸氫銨溶液中的物料守恒可得：c（NH₃•H₂O）+c（NH₄⁺）=c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-），故c錯(cuò)誤；
d．根據(jù)碳酸氫銨溶液中的電荷守恒可得：c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c （OH^-）=c （H⁺）+c （NH₄⁺），故d正確；
故答案為：ac；
（3）由于氨水吸收CO₂為放熱的可逆反應(yīng)，所以在40～45℃時(shí)，由于升高溫度平衡向左移動(dòng)，導(dǎo)致CO₂ 脫除率降低，
故答案吳娜：氨水吸收CO₂為放熱反應(yīng)，在40～45℃升高溫度平衡向左移動(dòng)，使CO₂ 脫除率降低；
（4）①根據(jù)圖示知：與X相連的電極產(chǎn)生CO，電解H₂O-CO₂混合氣體，二氧化碳得到電子生成一氧化碳，發(fā)生還原反應(yīng)，電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，所以X是電源的負(fù)極；
電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電解H₂O-CO₂混合氣體制備H₂和CO，陰極：水中的氫原子得到電子生成氫氣，H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-，二氧化碳得到電子生成一氧化碳：CO₂+2e^-═CO+O^2-，
故答案為：負(fù)極；CO₂+2e^-=CO+O^2-； 
②電解H₂O-CO₂混合氣體制備H₂和CO，根據(jù)圖示知：陰極產(chǎn)生H₂、CO，陽極產(chǎn)生氧氣，所以總反應(yīng)為：H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂+CO+O₂，陰極產(chǎn)生H₂、CO，陽極產(chǎn)生氧氣，陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是2：1，
故答案為：2：1；
（5）NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1 ①
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-58.2kJ．mol^-1②
將方程式2②+①3NO（g）+O₃（g）=3NO₂（g），所以△H=2×（-58.2kJ．mol^-1）+（-200.9kJ．mol^-1）=-317.3kJ/mol，
故答案為：-317.3；
（6）溶液pH約為8，說明溶液呈堿性，SO₃^2-將NO₂轉(zhuǎn)化為NO₂^-，同時(shí)SO₃^2-被氧化生成SO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫離子方程式為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O，
故答案為：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（7）CaSO₃根據(jù)CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）知，加入硫酸鈉，SO₄^2-結(jié)合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移動(dòng)，導(dǎo)致c（SO₃^2-）增大，濃度越大反應(yīng)速率越大，所以加快反應(yīng)速率，提高NO₂的吸收速率，
故答案為：CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），加入Na₂SO₄溶液，SO₄^2-結(jié)合Ca²⁺，c（Ca²⁺）降低，使上述平衡向右移動(dòng)，c（SO₃^2-）增大，提高NO₂的吸收速率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率影響因素、氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫、蓋斯定律的計(jì)算、離子濃度大小比較等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，試題綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，注意掌握常見物質(zhì)的性質(zhì)、離子方程式書寫規(guī)則．