Question

秋冬季是雾霾高发的季节，其中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）汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段，主要原理为2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)ΔH<0

T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程(0～15min)中NO的物质的量随时间变化如上图所示。

①已知：平衡时气体的分压＝气体的体积分数×体系的总压强，T℃时达到平衡，此时体系的总压强为p=20MPa，则T℃时该反应的压力平衡常数K_p＝_______；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO和CO₂各0.3mol，平衡将_____(填“向左”、“向右”或“不”)移动。

②15min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是__(填序号)

A.增大CO浓度B.升温C.减小容器体积D.加入催化剂

（3）工业上常采用“碱溶液吸收”的方法来同时吸收SO₂，和氮的氧化物气体(NO_x)，如用氢氧化钠溶液吸收可得到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)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物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 0.0875(MPa)-1或(MPa)-1 不 AC Na2SO3 酸 因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8，水解常数Kh=≈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】

(4)电解过程中Ce3+在阳极失电子，变为Ce4+，则b进Ce3+，a出Ce4+，NO2-在阴极得电子变为N2，则d进NO2-，c出N2。

(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574kJ·mol−1

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1160kJ·mol−1

得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH==-867kJ·mol−1，故答案为：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol−1；

(2)①由图可知，NO起始物质的量为0.4mol，0到15min共减少了0.2mol，则，平衡时p(NO)= 20MPa×=MPa，同理可得：p(CO)=MPa，p(N2)=MPa，p(CO2) =MPa，所以Kp＝==0.0875(MPa)-1或(MPa)-1。再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，加入的NO和CO2物质的量相等，那么二者引起压强增大量相等，假设二者引起的压强增量分别为p，则Qc==(MPa)-1，Qc=Kp，平衡不移动，故答案为：0.0875(MPa)-1或(MPa)-1；不；

②由图可知NO物质的量减小，说明平衡正向移动。

A．增大CO浓度，平衡正向移动，NO物质的量减小，A正确；

B．升温，平衡逆向移动，NO物质的量增大，B错误；

C．减小容器体积，等同于增大压强，平衡正向移动，NO物质的量减小，C正确；

D．加入催化剂，反应速率增大，但平衡不移动，NO物质的量不变，D错误；

故答案为：AC；

(3)①HNO2的电离常数为Ka=7×10-4，H2SO3的电离常数为Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8可知，HNO2的酸性强于HSO3-的酸性，则NO2-的水解程度小于SO32-，所以相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液，Na2SO3的碱性更强，pH更大，故答案为：Na2SO3；

②HSO3-+H2OH2SO3，Ka2×Kh=Kw，故HSO3-的水解常数Kh=≈8.3×10-13，又因为HSO3-的电离常数Ka2=5.8×10-8，所以，HSO3-的电离常数大于水解常数，常温下，NaHSO3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Kh=≈8.3×10-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性；

(4)①生成Ce4+，则Ce3+-e-= Ce4+，Ce4+在阳极生成，从a口流出，故答案为：a；

②NO2-转化为无毒物质，则NO2-在阴极得电子，转化为N2，结合电子得失守恒、电荷守恒可得阴极电极反应为：2NO2-+8H++6e−=N2↑+4H2O，故答案为：2NO2-+8H++6e−=N2↑+4H2O。