Question

习近平主席在《中央城镇化工作会议》发出号召：“让居民望得见山、看得见水、记得住乡愁” 。消除含氮、硫、氯等化合物对大气和水体的污染对建设美丽家乡，打造宜居环境具有重要意义。

（1）以HCl为原料，用O₂氧化制取Cl₂，可提高效益，减少污染。反应为：4HCl(g) + O₂(g)2Cl₂(g) + 2H₂O(g)  ∆H = −115.4 kJ·mol⁻¹，通过控制合适条件，分两步循环进行，可使HCl转化率接近100%。原理如图所示：

过程I的反应为：2HCl(g) + CuO (s)CuCl₂(s) + H₂O(g) ∆H₁ = −120.4 kJ·mol⁻¹，过程II反应的热化学方程式为___________。

（2）容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器．相同温度下，分别充入0.2mol的NO₂，发生反应：2NO₂(g) N₂O₄(g)  ∆H<0，甲中NO₂的相关量随时间变化如图所示。

①0~3s内，甲容器中NO₂的反应速率增大的原因是______________________。

②甲达平衡时，温度若为T℃，此温度下的平衡常数K=____________________。

③平衡时，K_甲_____K_乙，P_甲_____P_乙(填“>”、“<”或“=”)。

（3）水体中过量氨氮(以NH₃表示)会导致水体富营养化。

①可用次氯酸钠除去氨氮，同时产生一种大气组成的气体。写出总反应化学方程式：___________。

②EFH₂O₂FeO_x法可用于水体中有机污染物降解，其反应机理如图所示。则阴极附近Fe²⁺参与反应的离子方程式为______。

（4）工业上可用Na₂SO₃溶液吸收法处理SO₂，25℃时用1 mol· L ⁻¹的Na₂SO₃溶液吸收SO₂，当溶液pH=7时，溶液中各离子浓度的大小关系为_________________。（已知25℃时：H₂SO₃的电离常数K_a1=1.3×10⁻²，K_a2=6.2×10⁻⁸）

Answer

2CuCl2(s) + O2(g) ═ 2CuO (s)+ 2Cl2(g) ∆H2═ +125.4 kJ•mol-1 反应放热，体系的温度升高，反应速率加快 225 < > 2NH3＋3NaClO═ N2＋3NaCl＋3H2O H2O2+ H+ + Fe2+ ═ Fe3+ + H2O + •OH c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)═ c(OH-)

【解析】

(1)盖斯定律计算判断过程Ⅱ反应的热化学方程式；

(2)①甲为绝热容器，反应为放热反应；②达到平衡状态时二氧化氮浓度为0.02mol/L，结合三段式列式计算平衡浓度，再计算平衡常数；③甲为绝热容器，乙为恒温容器，反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，气体的物质的量增大，据此分析判断；

(3)①根据流程图，NH3、NaClO是反应物，次氯酸、盐酸、氢氧化钠为中间产物，氯化钠、氮气和水是生成物，据此书写反应的方程式；②根据图像阴极附近Fe2+、H2O2与H+反应生成Fe3+、H2O和•OH，据此解答；

(4)25℃时用1mol/L的Na2SO3 溶液吸收SO2，当溶液pH=7 时，溶液中的溶质为Na2SO3 和NaHSO3，且c(Na+)最大，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，根据K2计算判断c(HSO3-)和c(SO32-)的大小，然后排序。

(1)①4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)△H ═-115.4 kJ•mol-1，过程Ⅰ的反应为：②2HCl(g)+CuO (s)CuCl2(s)+H2O(g)△H1 ═-120.4 kJ•mol-1，根据盖斯定律，将①-2×②得：过程Ⅱ反应的热化学方程式：2CuCl2(s)+O2(g)═2CuO (s)+2Cl2(g)△H2═+125.4 kJ•mol-1，故答案为2CuCl2(s)+O2(g)═2CuO (s)+2Cl2(g)△H2═+125.4 kJ•mol-1；

(2)①甲为绝热容器，2NO2(g) N2O4(g) ∆H<0，反应为放热反应，放出的热量对反应速率影响大，0～3s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是：0-3s内温度升高对反应速率影响大于浓度降低的影响，故答案为反应放热，体系的温度升高，反应速率加快；

②相同温度下，分别充入0.2mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)△H＜0，达到平衡状态时二氧化氮浓度为0.02mol/L，

                            2NO2(g)N2O4(g)

起始量(mol/L)     0.2                     0

变化量(mol/L)   0.18                  0.09

平衡量(mol/L)  0.02                   0.09

平衡常数K==225，故答案为225；

③容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器，相同温度下，分别充入0.2mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)△H＜0，甲容器中温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小，则K甲＜K乙，平衡逆向，移动，气体的物质的量增大，气体压强增大，则P甲＞P乙，故答案为＜；＞；

(3)①根据流程可知，NH3、NaClO是反应物，次氯酸、盐酸、氢氧化钠为中间产物，氯化钠、氮气和水是生成物，所以反应为：2NH3+3NaClO═N2+3NaCl+3H2O，故答案为2NH3+3NaClO═N2+3NaCl+3H2O；

②根据图示，阳极上Fe失去电子生成亚铁离子，阳极反应式为Fe-2e-═Fe2+，阴极附近Fe2+、H2O2与H+反应，结合图中生成物可知离子反应为H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+•OH，故答案为H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+•OH；

(4)25℃时用1mol/L的Na2SO3 溶液吸收SO2，当溶液pH=7 时，溶液中的溶质为Na2SO3 和NaHSO3，故c(Na+)最大，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，根据K2=6.2×10-8=，则=0.62，即c(HSO3-)＞c(SO32-)，则有：c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH)，故答案为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)═c(OH-)。