Question

7．火力发电厂产生的烟气中含有CO₂、CO、SO₂等物质，直接排放会对环境造成危害．对烟气中CO₂、CO、SO₂等物质进行回收利用意义重大．
（1）“湿式吸收法”利用吸收剂与烟气中的SO₂发生反应从而脱硫，其中“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL2mol•L^-1的NaOH溶液中通入标准状况下4.48LSO₂气体，反应后测得溶液pH＜7．则溶液中下列各离子浓度关系正确的是abd（填字母序号）．
a．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）      
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（OH^-）
d．c（H⁺）=c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）+c（OH^-）
（2）工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如图所示：
①在阳极区发生的反应中的非氧化还原反应的离子方程式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
②简述CO₃^2-在阴极区再生的原理HCO₃^-存在电离平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，阴极H⁺放电浓度减小，平衡右移，CO₃^2-再生；阴极H⁺放电OH^-浓度增大，OH^-与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，CO₃^2-再生．
（3）下表中列出了25℃、l0l kPa时一些物质的燃烧热数据：

物质	CH4	C2H2	H2
燃烧热/kJ•mol-1	890.3	1299.6	285.8

已知键能：C-H键：413.4kJ．mol^-l．H-H键：436.0kJ•mol^-1，请计算：
①2CH₄（g）=C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=376.4 kJ•mol^-1
②C₂H₂中-C≡C-的键能为796.0 kJ/molkJ•mol^-l
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．负极反应式为CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．
为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是CO₂．

Answer 1

分析 （1）n（SO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，结合溶液的电中性原则、物料守恒以及质子守恒解答该题；
（2）①阳极上氢氧根离子放电生成氧气；
②碳酸氢根离子程度电离平衡、氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子；
（3）①由CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-890.3kJ/mol①，C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1299.6 kJ/mol②，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③，依据②+③×3-①×2可得：C₂H₂（g）+3H₂（g）═2CH₄（g）△H=-376.4 kJ/mol，根据盖斯定律计算反应的焓变；
②依据化学反应的焓变=反应物总键能-生成物的总键能；
（4）燃料电池中，负极发生的反应一定是燃料失去电子的过程，电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳．

解答 解：（1）n（SO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃，
a、亚硫酸是弱酸，反应后测得溶液pH＜7，NaHSO₃溶液呈酸性，说明HSO₃^-电离程度大于水解程度，即c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），NaHSO₃溶液是盐溶液，电离出钠离子和亚硫酸氢根离子，HSO₃^-电离和水解程度相对于亚硫酸钠的电离都比较小，所以c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故a正确；
b、NaHSO₃溶液是盐溶液，电离出钠离子和亚硫酸氢根离子，因HSO₃^-电离和水解，所以c（Na⁺）＞c（HSO₃^-），NaHSO₃溶液pH＜7，所以c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故
b正确；
c、溶液中一定存在电荷守恒，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数即：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故c错误；
d、根据质子守恒，c（H⁺）=c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）+c（OH^-），故d正确．
故答案为：abd；
（2）①阳极上氢氧根离子放电生成氧气和水，电极反应式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②HCO₃^-存在电离平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，阴极H⁺放电浓度减小平衡右移，CO₃^2-再生；阴极H⁺放电OH^-浓度增大，OH^-与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，
故答案为：HCO₃^-存在电离平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，阴极H⁺放电浓度减小，平衡右移，CO₃^2-再生；阴极H⁺放电OH^-浓度增大，OH^-与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，CO₃^2-再生；
（3）①由CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-890.3kJ/mol①，C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1299.6 kJ/mol②，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③，依据②+③×3-①×2可得：C₂H₂（g）+3H₂（g）═2CH₄（g）△H=-376.4 kJ/mol，则 2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=+376.4 kJ•mol^-1，故答案为：+376.4 kJ•mol^-1；
②根据2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H=+376.4 kJ•mol^-1，△H=反应物总键能-生成物总键能=C≡C键的键能+2×413.4kJ/mol+3×436.0kJ/mol-8×413.4kJ/mol=-376.4KJ/mol，则C≡C键的键能=796.0 kJ/mol，故答案为：796.0 kJ/mol；
（4）燃料电池中，负极发生的反应一定是燃料失去电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO₂），故答案为：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；CO₂．

点评 本题主要考查了溶液中离子浓度大小比较、燃烧热的应用以及燃料电池和电解池的工作原理知识，掌握燃烧热的定义和盖斯定律的运用、明确原电池和电解池的工作原理是关键，题目难度中等．