Question

【题目】（一）甲烷和氯气在光照条件下发生卤代反应，其反应机理如下：

反应①： △H=242.7kJ·mol-1

反应②： △H=7.5kJ·mol-1

反应③： △H=-112.9kJ·mol-1

反应②、③反复循环，反应物浓度逐渐降低，自由基逐渐消失，反应停止。

（1）在该反应条件下断裂1mol CH3Cl中C—Cl键，需要吸收的能量为______。

（2）反应②与反应③的反应过程，如下图所示：

则该条件下，反应②的速率______反应③的速率（填“>”、“<”或“=”）。

（3）根据以上的反应机理，我们可以推测甲烷和氯气在光照条件下反应，除生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4外，还会有乙烷等有机物，原因是______。

（二）煤燃烧排放的SO2和NO2可形成严重的大气污染，某兴趣小组提出利用反应来处理。

（4）在一定温度下，将NO2与SO2以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，达到平衡时NO2和SO2的体积之比为1：5，则该温度下平衡常数K为______。

（5）若向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，v正随时间变化如下图。下列结论正确的是______。

A. a点颜色比b点深

B. c点正反应速率等于逆反应速率

C. 若升高温度，d点SO2的转化率将增大

D. 反应的过程中，容器内气体压强保持不变

E. 若外界条件不发生改变，d点NO2和NO的体积比将保持不变

（6）若用一定浓度的NaClO2溶液（已调节其初始pH为5）充分吸收煤燃烧排放的烟气后，测得溶液中各物质的浓度如下表所示：

其中 NaClO2溶液吸收SO2的主要离子反应方程式为______。

（7）为消除NOx，科学家开发了一种能传导O2-的固态高温陶瓷电池，一极通氨气，另一极通NOx，生成无污染的常见气体和液体。写出该电池的正极反应式：______。

Answer 1

【答案】355.6kJ ＜ 反应中存在CH3间的碰撞

1.8 AE ClO2-+2SO2+2H2O=Cl-+2SO42-+4H+ 2NOx+4xe-=N2+2xO2-

【解析】

(1)反应①： △H=242.7kJmol-1，反应③：CH3+Cl2→Cl+CH3Cl△H=-112.9kJmol-1，根据盖斯定律①-③可得；

(2)活化能小的反应反应速率较快；

(3)自由基之间的碰撞产生物质，CH3之间的碰撞可得到乙烷；

(4)NO2与SO2以体积比1：2置于密闭容器中，其物质的量之比也为1：2，令NO2与SO2分别为1mol、2mol，容器体积为VL，设平衡时消耗NO2为x mol列三段式有：

NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)

n起始： 1 2 0 0

n转化： x x x x

n平衡： 1-x 2-x x x

平衡时NO2和SO2的体积之比为1：5，故(1-x)：(2-x)=1：5，解得x=0.75，据此计算；

(5)向恒容密闭容器中通入SO2和NO2，若为恒温，v正随时间变化减小直到不变，绝热条件下，v正随时间变化先增大后减小最终不变，说明温度升高，故该反应为放热反应，d点为平衡状态，根据温度对化学平衡的影响和化学平衡状态特征分析；

(6)根据图可知，吸收后溶液中氯元素以氯离子形式为主，硫元素以硫酸根离子为主，故反应为NaClO2在酸性条件下将二氧化硫氧化为硫酸根离子，自身被还原为氯离子，结合电荷守恒和质量守恒书写可得；

(7)正极得到电子发生还原反应，元素化合价降低，则为NOx放电生成氮气，据此书写。

(1)反应①： △H=242.7kJmol-1，反应③：CH3+Cl2→Cl+CH3Cl△H=-112.9kJmol-1，根据盖斯定律①-③可得CH3Cl→CH3+Cl，△H=355.6kJ/mol，故在该反应条件下断裂1mol CH3Cl中C-Cl键，需要吸收的能量为355.6kJ；

(2)由图有反应②的活化能为16.7kJ/mol，反应③的活化能为8.3kJ/mol，反应③的活化能较低，反应速率较快，反应②的速率＜反应③的速率；

(3)因为反应中存在CH3间的碰撞，故生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4外，还会有乙烷等有机物；

(4)NO2与SO2以体积比1：2置于密闭容器中，其物质的量之比也为1：2，令NO2与SO2分别为1mol、2mol，容器体积为VL，设平衡时消耗NO2为x mol列三段式有：

NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)

n起始： 1 2 0 0

n转化： x x x x

n平衡： 1-x 2-x x x

平衡时NO2和SO2的体积之比为1：5，故(1-x)：(2-x)=1：5，解得x=0.75；

则该温度下平衡常数K为=1.8；

(5)向恒容密闭容器中通入SO2和NO2，若为恒温，v正随时间变化减小直到不变，绝热条件下，v正随时间变化先增大后减小，说明温度升高，故该反应为放热反应；

A．a点正反应速率较b点慢，说明a点的NO2浓度较b点大，颜色比b点深，故A正确；

B．正反应速率与逆反应速率相等，反应到达平衡，c点正反应速率正在变化，反应不是平衡状态，与逆反应速率不等，故B错误；

C．反应为放热反应，若升高温度，有利于逆反应方向，d点SO2的转化率将减小，故C错误；

D．该反应气体体积不变，反应的过程中，反应放热，气体受热膨胀，总体积不变，故容器内气体压强增大，故D错误；

E．若外界条件不发生改变，d点为平衡状态，各组分含量保持不变，故NO2和NO的体积比将保持不变，故E正确；

故答案为AE；

(6)用一定浓度的NaClO2溶液在酸性条件下充分吸收煤燃烧排放的烟气(SO2)，根据图可知，吸收后溶液中氯元素以氯离子形式为主，硫元素以硫酸根离子为主，故反应为NaClO2在酸性条件下将二氧化硫氧化为硫酸根离子，自身被还原为氯离子，NaClO2溶液吸收SO2的主要离子反应方程式为：ClO2-+2SO2+2H2O=Cl-+2SO42+4H+；

(7)一极通氨气，另一极通NOx，生成无污染的常见气体和液体，说明生成氮气和水，正极得到电子发生还原反应，元素化合价降低，则为NOx放电生成氮气，电极反应为：2NOx+4xe-=N2+2xO2-。