Question

3．汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一，嚴重時導致霧霾．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在固定容積為2L的密閉容器中通入0.8mol的NO和0.8mol的CO，發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖1所示．

據此判斷：
①該反應的△Η＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在T₁溫度下，0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.05mol/（L•s）．
③在T₁溫度下，該反應的平衡常數K=2.5L/mol（填計算結果和單位）．
（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣也會引起嚴重的環(huán)境問題．
①煤燃燒產生的SO₂也是空氣污染源，假設用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產生的SO₂，該過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，請寫出該過程的離子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
②將燃煤產生的二氧化碳加以回收，可降低碳的排放．圖2是通過人工光合作用，以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂的原理示意圖，據此完成下列問題：
a電極名稱：負極（填“正極”或“負極”），b電極的反應式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH．
（3）某化學興趣小組擬采用氫氧化鋇和氫氧化鈣溶液來吸收SO₃氣體．現分別以0.01mol/L的氫氧化鈣和氫氧化鋇溶液吸收SO₃氣體，應采用Ba（OH）₂溶液（填“Ca（OH）₂”或“Ba（OH）₂”）吸收SO₃氣體效果更好．假設采用氫氧化鈣溶液吸收（假設吸收過程中溶的體積不變），當溶液中c（SO₄^2-）達到1.96×10^-2mol/L時，Ca²⁺開始沉淀．（已知CaSO₄的K_sp=1.96×10^-4，BaSO₄的K_sp=1.08×10^-10）

Answer 1

分析 （1）①根據圖1分析，溫度越高，達到化學平衡的時間就短，平衡時CO₂的量減小，可知溫度升高，化學平衡向逆反應方向移動；
②根據圖象計算CO₂的化學反應平均速率，由速率之比等于化學計量數之比計算0～2s內的平均反應速率v（N₂）；
③根據方程式計算各組分的平衡濃度，代入平衡常數表達式計算化學平衡常數；
（2）①用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產生的SO₂，過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，則SO₂被氧化為SO₄^2-，據此寫出反應的離子方程式；
②a電極處，H₂O轉化為O₂，此過程為失去電子的反應，原電池中失去電子的電極為負極，b電極為正極，CO₂和H⁺得到電子，生成HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，根據K_sp常數計算Ca²⁺開始沉淀時SO₄^2-的濃度．

解答 解：（1）①根據圖1分析，溫度越高，達到化學平衡的時間就短，平衡時CO₂的量減小，可知溫度升高，化學平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，焓變△H＜0，
故答案為：＜；
②根據圖象，在T₁溫度下，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，反應經歷時間△t=2s，容器體積為V=2L，則CO₂的化學反應平均速率為$\overline{r}$（CO₂）=$\frac{△c（C{O}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2s}$=0.1mol/（L•s），由速率之比等于化學計量數之比，則0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.05mol/（L•s），
故答案為：0.05mol/（L•s），；
③在T₁溫度下，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，起始時NO為0.4mol/L，CO為0.4mol/L，根據反應方程式，平衡時c（CO₂）=0.2mol/L，c（N₂）=0.1mol/L，c（NO）=0.2mol/L，c（CO）=0.2mol/L，則該反應的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（0.2mol/L）^{2}×（0.1mol/L）}{（0.2mol/L）^{2}×（0.2mol/L）^{2}}$=2.5L/mol，
故答案為：2.5L/mol；
（2）①用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產生的SO₂，過程中高錳酸根被還原為Mn²⁺，則SO₂被氧化為SO₄^2-，則該過程的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
②a電極處，H₂O轉化為O₂，此過程為失去電子的反應，原電池中失去電子的電極為負極，
b電極為正極，CO₂和H⁺得到電子，生成HCOOH，則b電極的反應式：CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH，
故答案為：負極；CO₂+2H⁺+2e^-═HCOOH；
（3）Ba（OH）₂的溶解性比Ca（OH）₂好，吸收SO₃的效果更好，
采用氫氧化鈣溶液吸收（假設吸收過程中溶的體積不變），Ca²⁺開始沉淀時，溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{1.96×1{0}^{-4}}{0.01}$=1.96×10^-2，
故答案為：Ba（OH）₂；1.96×10^-2．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含化學平衡的移動，化學反應速率的計算，化學平衡常數的計算，氧化還原反應方程式的書寫，電化學原理和電極反應式的書寫，溶度積常數的計算，均為常見題型，考查較為綜合，為高頻考點，題目難度不大．