Question

9．污染與環(huán)境保護已經(jīng)成為現(xiàn)在我國最熱門的一個課題，污染分為空氣污染，水污染，土壤污染等．
（1）為了減少空氣中SO₂的排放，常采取的措施有：
①將煤轉化為清潔氣體燃料．
已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
該反應的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
②洗滌含SO₂的煙氣．以下物質可作洗滌劑的是ac（選填序號）．
a．Ca（OH）₂      b．CaCl₂c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）為了減少空氣中的CO₂，目前捕碳技術在降低溫室氣體排放中具有重要的作用，捕碳劑常用（NH₄）₂CO₃，反應為：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）=2NH₄HCO₃（aq）△H₃
為研究溫度對（NH₄）₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在某溫度T₁下，將一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂氣體（用氮氣作為稀釋劑），在t時刻，測得容器中CO₂氣體的濃度．然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其他初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO₂氣體濃度，其關系如圖1，則：

①△H₃＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在T₄～T₅這個溫度區(qū)間，容器內CO₂氣體濃度變化趨勢的原因是：T₄～T₅反應達平衡，正反應為放熱反應，隨著溫度的升高，平衡逆向移動，CO₂的吸收效率降低．
（3）催化反硝化法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．
①催化反硝化法中，用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強．則反應離子方程式為：2 NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②電化學降解NO₃^-的原理如圖2，電源正極為：A（選填填“A”或“B”），陰極反應式為：2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①已知：I．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律：Ⅱ-Ⅰ可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；
化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
②二氧化硫屬于酸性氧化物，能與氫氧化鈣反應，亞硫酸酸性比碳酸強，能與碳酸鈉反應，不能與CaCl₂和NaHSO₃反應；
（2）①從c（CO₂）的變化趨勢可知，開始時減小是沒達到平衡，拐點是平衡點，拐點后隨溫度的升高c（CO₂）增大，說明平衡向逆向移動，正反應為放熱反應；
②該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；
（3）①催化反硝化法中，用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增，有氫氧根離子生成；
②由圖可知，連接B極的Ag-Pt電極上NO₃^-還原生成了N₂，Ag-Pt電極為陰極，則B為電源負極極，A為電源正極，陽極上是水發(fā)生生成氧氣與氫離子，陰極上NO₃^-還原生成了N₂，同時與通過質子交換膜的氫離子結合生成水．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
 C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)表達式則K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1 ；$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
②二氧化硫屬于酸性氧化物，能與氫氧化鈣反應，亞硫酸酸性比碳酸強，能與碳酸鈉反應，不能與CaCl₂和NaHSO₃反應，故選：ac；
（2）①從c（CO₂）的變化趨勢可知，開始時減小是沒達到平衡，拐點是平衡點，拐點后隨溫度的升高c（CO₂）增大，說明平衡向逆向移動，正反應為放熱反應，則△H＜0，故答案為：＜；
②T₄～T₅反應達平衡，正反應為放熱反應，隨著溫度的升高，平衡逆向移動，CO₂的吸收效率降低，c（CO₂）增大，
故答案為：T₄～T₅反應達平衡，正反應為放熱反應，隨著溫度的升高，平衡逆向移動，CO₂的吸收效率降低；
（3）①NO₃^-還原為N₂且溶液的堿性明顯增強，說明H₂反應后生成了OH^-，反應離子方程式為：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案為：2 NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②由圖可知，連接B極的Ag-Pt電極上NO₃^-還原生成了N₂，Ag-Pt電極電極為陰極，則B為電源負極極，A為電源正極，陽極上是水發(fā)生生成氧氣與氫離子，陰極上NO₃^-還原生成了N₂，同時與通過質子交換膜的氫離子結合生成水，陰極電極反應式為：2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O．

點評 本題考查蓋斯定律應用、平衡常數(shù)、化學平衡圖象、電化學等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．