Question

中國氣象局的數據顯示，2013年全國平均霧霾天數為52年來之最。形成霧霾的主要成份為：生產生活中排放的廢氣、汽車尾氣及揚塵等。
（1）用CH₄可以消除汽車尾氣中氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(l) △H＝－955 kJ/mol
2NO₂(g)＝N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的熱化學方程式                  。
（2）已知：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)  △H＝－41kJ/mol，某溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入2.0molCO(g)和2.0molH₂O(g)，在tmin時達到平衡，測得放出了32.8kJ熱量，則tmin內用H₂表示的平均反應速率為        ，由此可知在該溫度下反應CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)＋H₂O(g)的化學平衡常數為        。相同條件下，向同一密閉容器中充入1.0molCO₂和1.0molH₂反應達到平衡后，吸收的熱量為      kJ。
（3）堿式硫酸鋁法煙氣脫硫工藝主要有以下三步
①向Al₂(SO₄)₃溶液中投入粉末狀石灰石，生成堿式硫酸鋁[Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃]溶液。
②堿式硫酸鋁吸收SO₂，Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃+3SO₂＝Al₂(SO₄)₃·Al₂(SO₃)₃，請寫出Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃與過量燒堿溶液反應的化學方程式                    。
③將Al₂(SO₄)₃·Al₂ (SO₃)₃氧化成Al₂(SO₄)₃，可選用氧化劑為         （填代號）

A．濃硫酸

B．KMnO4溶液

C．5%的H2O2溶液

D．空氣

該步反應的目的是                              。

Answer 1

（1）CH₄(g)+N₂O₄(g) = N₂(g) +2H₂O(l) + CO₂(g) △H=" —898.1" kJ/mol
（2）mol/( L·min)   2.25    24.6
（3）Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al(OH)₄]+3Na₂SO₄；C D；生成Al₂(SO₄)₃循環使用。

解析試題分析：(1) 將①式H₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(l) △H＝－955 kJ/mol 減去②式2NO₂(g)＝N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol.整理可得：CH₄(g)+N₂O₄(g) = N₂(g) +2H₂O(l) + CO₂(g) △H=" —898.1" kJ/mol 。（2）由方程式可以看出：每生成1mol的H₂，放出熱量41kJ。現在放出熱量32.8kJ，則產生H₂的物質的量為32.8÷41=0.8mol。因此在tmin用H₂表示的平均反應速率為v(H₂)=Δc/Δt=0.8mol÷2L÷tmin=mol/( L·min). (2) 對于反應CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)來說， 當反應達到平衡時，c(CO)=c(H₂O)=(2.0-0.8)mol÷2L=0.6mol/L ;c(CO₂)=c(H₂)=0.8mol÷2L=0.4mol/L;該反應的化學平衡常數而反應 CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)＋H₂O(g)是CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)的逆反應。該反應的化學平衡常數為.在相同條件下，向同一密閉容器中充入1.0molCO₂和1.0molH₂。假如反應達到平衡時產生的CO為xmol,則水蒸氣也是xmol,未反應的CO₂(g)和H₂(g)的物質的量都是(1.0-x)mol..解得x=0.6mol.因此反應達到平衡后，吸收的熱量為0.6mol×41kJ/mol=24.6kJ.(3)因為Al₂(SO₄)₃、Al₂O₃都能與NaOH發生反應。因此Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃與過量燒堿溶液反應就可以看作是Al₂(SO₄)₃、Al₂O₃的混合物與NaOH溶液發生的反應。該反應的化學方程式為:Al₂(SO₄)₃·Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al(OH)₄]+3Na₂SO₄.③將Al₂(SO₄)₃·Al₂ (SO₃)₃氧化成Al₂(SO₄)₃時選擇的氧化劑不能引入新的雜質離子，或者引入的雜質離子容易除去。根據題目提供的試劑可選擇綠色氧化劑5%的H₂O₂溶液或空氣。因此選項為C D。該步反應的目的是將Al₂(SO₄)₃·Al₂ (SO₃)₃氧化成Al₂(SO₄)₃，以達到物質的循環利用，提高經濟效益。
考點：考查熱化學方程式的書寫、化學反應速率、化學平衡產生的計算、可逆反應的熱效應、堿式硫酸鋁吸收SO₂的反應原理等知識。