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= 890.2 kJ•mol^-1

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

③H₂O (g)= H₂O(l) ΔH =-44.0 kJ•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： 2 SO₂ (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2 SO₂ (g)+O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)，容器中总压强为 0.1 MPa，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Cr₂O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Cr₂O转化为Cr³⁺的离子反应方程式：Cr₂O+ ___Fe²⁺ __=___Cr³⁺ __Fe³⁺__。

③若在标准状况下有 224 mL 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2mol • L^-1 H₂SO₄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 +2S₂O=2 I^- + S₄O)，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 a mol NO₂、b mol N₂O₄，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% 阳极 Fe-2e-=Fe2+ 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 56.87% (a+2b+c)/Vmol·L-1

【解析】

(1)根据盖斯定律结合反应方程式分析解答；

(2)可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此分析判断；

(3) 同温同体积下，气体的压强之比等于物质的量之比，设起始加入SO2、O2的物质的量分别为2a和a，转化的SO2和O2的物质的量分别为2x和x，据此计算出x与a的关系，再计算SO2的转化率；

(4) NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池中通入氧气的电极为正极，因此石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ为正极，故Fe(a)为阳极，Fe(b)为阴极，结合原电池和电解池原理、氧化还原反应的规律分析解答①②③；过程中涉及的反应有Cr2O+ 6 I-+ 14 H+= 2 Cr3++ 7H2O + 3I2、I2+2S2O=2 I-+ S4O，结合滴定原理分析解答④；

(5)恰好反应时需要氢氧化钠最少，根据钠离子守恒和N原子守恒分析计算氢氧化钠溶液最小浓度。

(1)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=890.2 kJ•mol-1，②N2(g)+2O2(g)⇌2NO2(g)△H=-67.0kJ•mol-1，③H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1，根据盖斯定律，将①-②-③×2得：CH4(g)+2NO2(g)⇌CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-869.2 kJ/mol，故答案为：-869.2；

(2)A．升高温度，正、逆反应速率都增大，故A错误；

B．使用催化剂只能缩短达到平衡的时间，不影响平衡的移动，不能提高SO2的转化率，故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，因此密度不变不能判断反应是否达到平衡状态，故C错误；

D．温度不变，平衡常数不变，故D正确；

E．ΔH ＜0，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K值减小，因此350K 和 500K 时，反应的平衡常数分别为Kl、K2，K1＞K2，故E正确；

故答案为：DE；

(3)设起始加入SO2、O2的物质的量分别为2a和a，转化的SO2和O2的物质的量分别为2x和x，同温同体积下，气体的压强之比等于物质的量之比，因此=，解得x=0.3a，则SO2的转化率为×100%=30%，故答案为：30 %；

(4)①NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池中通入氧气的电极为正极，因此石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ为正极，故Fe(a)为阳极，Fe(b)为阴极，阳极上铁失去电子生成亚铁离子，电极反应为Fe-2e-=Fe2+，故答案为：阳极；Fe-2e-=Fe2+；

②电解池溶液里Cr2O转化为Cr3+，化合价共降低6价，左侧Fe电极为阳极，Fe失去电子生成Fe2+，酸性条件Fe2+将Cr2O还原为Cr3+，自身被氧化为Fe3+，化合价共升高1价，化合价升降的最小公倍数为6，则Cr2O的系数为1，Fe2+的系数为6，反应离子方程式为：Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，故答案为：6；14H+；2；6；7H2O；

③标准状况下有 224 mL 氧气的物质的量为=0.01mol，转移电子0.04mol，阳极的电极反应为Fe-2e-=Fe2+，根据串联电池中转移的电子数相等，氧气和铁的关系式为O2~2Fe，则装置中铁棒的质量减少×56g/mol=1.12g。NO2-O2原电池装置中，NO2被氧化为NO，N的化合价升高1，O2被还原，O的化合价降低2，根据转移的电子数相等，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，故答案为：1.12g；4∶1；

④溶液中有碘，加入淀粉溶液呈蓝色，碘与Na2S2O3发生氧化还原反应，当反应终点时，蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色；Na2Cr2O7中加入H2SO4和足量碘化钾的反应为Cr2O+ 6 I-+ 14 H+= 2 Cr3++ 7H2O + 3I2，滴定过程中发生I2+2S2O=2 I-+ S4O，得到关系式Cr2O～3I2～6S2O，n(Na2S2O3)=0.3000mol/L×0.025L=0.0075mol，根据关系式知，25mL重铬酸钠样品溶液中重铬酸钠的物质的量=mol，则250mL重铬酸钠溶液中重铬酸钠的物质的量=mol×=mol，其质量=mol×298g/mol=3.725g，其纯度=×100%=56.87%，故答案为：滴入最后一滴Na2S2O3溶液时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不恢复原色；56.87%；

(5)恰好反应时需要氢氧化钠最少，由钠离子守恒可知：n(NaOH)=n(NaNO3)+n(NaNO2)，根据N原子守恒可知n(NaNO3)+n(NaNO2)= n(NO2)+2n(N2O4)+n(NO)，故n(NaOH)=n(NO2)+2n(N2O4)+n(NO)=amol+bmol+2cmol=(a+2b+c)mol，故氢氧化钠溶液最小浓度为：mol/L，故答案为：mol/L。