Question

汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。

(1)工业上利用甲烷催化还原NO，可减少氮氧化物的排放。

已知：CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH=-574kJ·mol⁻¹

CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH =-1160kJ·mol⁻¹

甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为____________________________。

(2)减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)  ΔH ＜0。向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示：

时间/s	0	1	2	3	4
c(NO)/×10^-^3mol·L^−^1	9.00	4.00	2.00	1.00	1.00
c(CO)/×10^-^3mol·L^−^1	9.00	4.00	2.00	1.00	1.00

①为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有____________（写出两种即可）。

②此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K=____________________。

(3)工业上用氢氧化钠溶液来同时吸收SO₂和氮的氧化物气体(NO_x)，可得到Na₂SO₃、NaHSO₃、NaNO₂、NaNO₃等溶液。（已知：常温下，HNO₂的电离常数为K_a=7×10^-4，H₂SO₃的电离常数为K_a1=1.2×10^-2、K_a2=5.8×10^-8）。

①常温下，相同浓度的Na₂SO₃、NaNO₂溶液中pH较大的是________溶液。

②常温下，NaHSO₃显_________性（填“酸”“碱”或“中”），判断的理由是________________________________________________（通过计算说明）。

(4)铈元素(Ce)常见有+3、+4两种价态。NO可以被含Ce⁴⁺的溶液吸收，生成NO₂^-、NO₃^-（二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO₂^-转化为无毒物质，同时再生Ce⁴⁺，其原理如图所示。

①Ce⁴⁺从电解槽的__________(填字母代号)口流出。

②写出阴极的电极反应式______________________。

Answer

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol−1 降低温度，或增大压强（或压缩体积），或使用催化活性更好的催化剂等（写出两种即可） 2.56×105 Na2SO3 酸 因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8，水解常数Kh2=≈8.3×10-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性 a 2NO2-+8H++6e−=N2↑+4H2O

【解析】

(1)已知：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol−1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol−1

将第一个方程式加上第二个方程式，再整体除以2得到甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH =；故答案为：CH4(g)+2NO2(g)= N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol−1。

(2)①该反应是正向为体积减小的放热反应，为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有降低温度，或增大压强（或压缩体积），或使用催化活性更好的催化剂等；故答案为：降低温度，或增大压强（或压缩体积），或使用催化活性更好的催化剂等(写出两种即可)。

②此条件下达到平衡时，c(NO)= c(CO) =1.00×10-3mol·L−1，Δc(NO)=8.00×10-3mol·L−1，c(N2)=Δc(N2)= Δc(NO)= ×8.00×10-3mol·L−1 =4.00×10-3mol·L−1，c(CO2)=Δc(CO2)=Δc(NO)=8.00×10-3mol·L−1，因此反应的平衡常数；故答案为：2.56×105。

(3)①常温下，HNO2的电离常数为Ka=7×10-4，H2SO3的电离常数为Ka2=5.8×10-8，因此酸性强弱为HNO2＞HSO3－，根据越弱越水解，碱性强，则相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是Na2SO3溶液；故答案为：Na2SO3。

②常温下，HSO3－的电离常数Ka2=5.8×10−8，水解常数Kh2=≈8.3×10−13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性；故答案为：酸；因为HSO3－的电离常数Ka2=5.8×10−8，水解常数Kh2=≈8.3×10−13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性。

(4)①Ce3+化合价升高变为Ce4+，失去电子发生氧化反应，在阳极反应，因此Ce4+从电解槽的a口流出；故答案为：a。

②NO2－转化为无毒物质，N化合价降低，得到电子发生还原反应，在阴极反应，因此阴极的电极反应式2NO2－ + 8H++6e－ = N2↑+4H2O；故答案为：2NO2－ + 8H++6e－ = N2↑+4H2O。