Question

研究碳、氮、硫及其化合物的转化对环境的改善有重大意义。

(1)在一定条件下，CH₄可与NO₂反应除去NO，已知：

①CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     ΔH=-890.2kJ•mol^-1

②2NO₂(g)⇌N₂(g)+2O₂(g)             ΔH=-67.0kJ•rnol^-1

③H₂O(g)=H₂O(l)                    ΔH=-44.0kJ•mol^-1

则CH₄(g)+2NO₂(g)⇌CO₂(g)+2H₂O(g)+N₂(g)   ΔH=_________kJ·mol^-1。

(2)SO₂经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中SO₂发生催化氧化的反应为：2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)   ΔH<0，下列说法正确的是________。

A.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小

B.使用催化剂，能提高SO₂的转化率

C在一定温度下的恒容容器中，混合气体的密度不再发生变化能说明上述反应达到平衡状态

D.温度不变，增大压强，该反应的化学平衡常数不变

E.350K和500K时，反应的平衡常数分别为K_l、K₂，且K₁>K₂

(3)若在T₁℃下，往一恒容密闭容器中通入SO₂和O₂[其中n(SO₂)：n(O₂)=2：l]发生反应2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)，容器中总压强为0.1MPa，反应8min时达到平衡，测得容器内总压强为0.09MPa，反应8min时，SO₂的转化率为________。

(4)将NO₂、O₂和熔融KNO₃制成燃料电池，电解处理含的废水，工作原理如图所示。

①Fe(a)电极为________(填“阳极”或“阴极”)，a极的电极反应为_________。

②请完成电解池中Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子反应方程式：___+___Fe²⁺+___=____Cr³⁺+___Fe³⁺+____。

③若在标准状况下有224mL氧气参加反应，则电解装置中铁棒的质量减少_________。在相同条件下，消耗的NO₂和O₂的体积比为_________。

④称取含Na₂Cr₂O₇的废水样品6.55g配成250mL溶液，量取25.00mL于碘量瓶中，加入2moll•L^-1H₂SO₄和足量碘化钾溶液(铬的还原产物为Cr³⁺)，放于暗处5min，加入淀粉溶液作指示剂，用0.3000mol•L^-1Na₂S₂O₃]标准溶液滴定(I₂+2=2I^-+)，判断达到滴定终点的现象是_________。若实验中平均消耗Na₂S₂O₃标准溶液25.00mL，则重铬酸钠的纯度为________(设整个过程中其他杂质不参与反应)

(5)为了清除NO、NO₂、N₂O₄对大气的污染，常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理。现有由amolNO₂、bmolN₂O₄，cmolNO组成的混合气体，恰好被VL氢氧化钠溶液吸收(无气体剩余)转化为NaNO₃和NaNO₂，则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小为________。

Answer

-869.2 DE 30% a为阳极 Fe-2e-Fe2+ 1 6 14H+ 2 6 7H2O 1.12g 4∶1 达到滴定终点时，滴入最后一滴Na2S2O3标准溶液，溶液由蓝色变为无色且半分钟内不恢复原色 50% (a+2b+c)/Vmol·L-1

【解析】

（1）方程式CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)可由①+②-2×③得到，根据盖斯定律，

ΔH=-890.2 kJ·mol-1-67.0 kJ·mol-1-2×(-44 kJ·mol-1)=-869.2 kJ·mol-1；

（2）A．升高温度，正、逆反应速率都增大，A错误；

B．使用催化剂只能缩短达到平衡的时间，不能提高CO的转化率，B错误；

C．该反应体系中全为气体，气体质量和容器体积不变，则混合气体的密度始终保持不变，不能由此判断反应是否达到平衡状态，C错误；

D．增大压强，平衡正向移动，但温度不变，平衡常数不变，D正确；

E．此反应正向放热，升高温度，K值减小，E正确；

故选DE。

（3）设起始加入SO2、O2的物质的量分别为2x和x，转化的SO2和O2的物质的量分别为2a和a，则有

根据容器内总压强之比等于总物质的量之比，，解得a=0.3x，则SO2的转化率为30%；

（4）①原电池通入O2的一极为正极，Fe(a)棒与正极相连，为电解池装置的阳极，阳极失电子，电极反应式为：Fe-2e-Fe2+；

②该离子方程式可用氧化还原配平。Cr元素由+6价降为+3价，2个Cr得6e-，Fe2+由+2价升为+3价的Fe3+，失去1e-，反应中得失电子守恒，故配1，Cr3+配2，Fe2+和Fe3+都配6，此时反应物的总电荷为+10，生成物的总电荷为+24，故反应物中需加14个H+，生成物加7个H2O；

③根据串联电池中转移电子数相等可得，氧气和铁的关系式为O2~2Fe，O2的物质的量为，故反应的Fe的物质的量为0.02mol，装置中铁棒的质量减少为0.02mol ×56g/mol=1.12g；NO2-O2原电池装置中，NO2被氧化为，，N的化合价升高1，O2被还原为-2价，O的化合价降低2，根据各电极上转移电子数相等知，存在关系式4NO2~O2，则相同条件下，消耗的NO2和O2的体积比为4∶1；

④反应过程涉及的离子方程式有Cr2O72-+ 6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O、I2+2S2O3 2-=S4O62-+2I-，达到滴定终点时，滴入最后一滴Na2S2O3标准溶液，溶液由蓝色变为无色且半分钟内不恢复原色；由上述方程式可得关系式Cr2-3I2-6S2，由题意可知，S2的物质的量为0.025L×0.3mol/L=0.0075mol，则Na2Cr2的物质的量为×0.0075mol=0.00125mol，重铬酸钠的纯度为=50%；

（5）混合气体发生的反应有NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O、N2O4+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O，由题意可知混合气体完全与NaOH反应生成NaNO3、NaNO2，产物中Na与N为1：1，反应物中N的总物质的量为(a+2b+c) mol，故需要的Na的物质的量也为(a+2b+c) mol，所以N元素全都转化为钠盐，全部吸收最少消耗NaOH (a+2b+c) mol，浓度为(a+2b+c)/Vmol·L-1。