Question

近年來大氣問題受到人們越來越多的關(guān)注．按要求回答下列問題：
Ⅰ．實現(xiàn)反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），△H₀，對減少溫室氣體排放和減緩燃料危機具有重要意義．在2L密閉容器中，通入5mol CH₄與5mol CO₂的混合氣體，一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖1．

則p₁、p₂、p₃、p₄由大到小的順序

 

，該反應(yīng)的正反應(yīng)是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，當(dāng)1000℃甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
Ⅱ．PM2.5污染與直接排放化石燃燒產(chǎn)生的煙氣有關(guān)，化石燃料燃燒同時放出大量的SO₂和NOx．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
CH₄（g）+2NO₂ （g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃
則△H₃=

 

，如果三個反應(yīng)的平衡常數(shù)依次為K₁、K₂、K₃，則K₃=

 

（用K₁、K₂表示）
（2）實驗室可用NaOH溶液吸收SO₂，某小組同學(xué)在室溫下，用pH傳感器測定向20mL0.1mol?L^-1NaOH溶液通入SO₂過程中的pH變化曲線如圖2所示．
①ab段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
②已知d點時溶液中溶質(zhì)為NaHSO₃，此時溶液中離子濃度由大到小的順序為

 

，如果NaHSO₃的水解平衡常數(shù)K_h=1×10^-12mol?L^-1，則該溫度下H₂SO₃的第一步電離平衡常數(shù)Ka=

 

．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,離子濃度大小的比較

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：Ⅰ、由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），據(jù)此結(jié)合方程式判斷壓強對平衡移動的影響進行解答；
由圖1可知，壓強為P₄、1100℃的條件下，該反應(yīng)5min時達到平衡X點，是甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，據(jù)此計算甲烷的濃度變化量，利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算該溫度下的平衡常數(shù)；
Ⅱ、（1）依據(jù)已知的熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律解答；
（2）①向20mL0.1mol?L^-1NaOH溶液通入SO₂過程中首先發(fā)生SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，其次發(fā)生SO₂+SO₃^2-+H₂O=2HSO₃^-；據(jù)此分析；
②d點時溶液中溶質(zhì)為NaHSO₃，HSO₃^-電離大于水解溶液呈酸性；H₂SO₃的第一步電離平衡常數(shù)Ka=

c(HSO 3 -)c(H +)

c(H 2SO 3)

，NaHSO₃的水解平衡常數(shù)K_h=

c(H 2SO 3)c(OH -)

c(HSO3 -)

，據(jù)此分析．

解答： 解：Ⅰ、由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強平衡向逆反應(yīng)進行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由圖可知，壓強一定時，溫度越高甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，說明升溫平衡向正反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；由圖1可知，當(dāng)1000℃甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%時，
              CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
開始（mol/L）：2.5      2.5      0        0
變化（mol/L）：2.5×80%=2  2     4        4
平衡（mol/L）：0.5     0.5     4        4
該溫度下平衡常數(shù)k=

4 2×4 2

0.5×0.5

=1024；
故答案為：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；吸熱，1024；
Ⅱ．（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
由蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，如果三個反應(yīng)的平衡常數(shù)依次為K₁、K₂、K₃，則K₃=

K 1?K 2

，故答案為：-867kJ?mol^-1；

K 1?K 2

；
（2）①向20mL0.1mol?L^-1NaOH溶液通入SO₂過程中首先發(fā)生SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，其次發(fā)生SO₂+SO₃^2-+H₂O=2HSO₃^-；所以ab段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，故答案為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
②d點時溶液中溶質(zhì)為NaHSO₃，HSO₃^-電離大于水解溶液呈酸性，所以溶液中離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；H₂SO₃的第一步電離平衡常數(shù)Ka=

c(HSO 3 -)c(H +)

c(H 2SO 3)

，NaHSO₃的水解平衡常數(shù)K_h=

c(H 2SO 3)c(OH -)

c(HSO3 -)

，所以Ka=

K w

K h

=10^-2 mol?L^-1，
故答案為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），10^-2 mol?L^-1．

點評：本題考查反應(yīng)熱的計算、平衡圖象及其平衡常數(shù)的計算、溶液中的離子濃度的比較等，題目綜合性較大，難度中等．