Question

【題目】國家實施“青山綠水工程”，大力研究脫硝和脫硫技術(shù)。

（1）H2在催化劑作用下可將NO還原為N2。下圖是該反應(yīng)生成1mol水蒸氣的能量變化示意圖。寫出該反應(yīng)的熱化學方程式___________。

（2）2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程如下：

反應(yīng)I：2NO(g)N2O2(g)(快)；H1<0 v1正=k1正·c2(NO)、v1逆=k1逆·c(N2O2)；

反應(yīng)Ⅱ：N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)；△H2<0 v2正=k2正·c(N2O2)·c(O2)、v2逆=k2逆·c2 (NO2)；

①一定條件下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K=___________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代數(shù)式表示)。

反應(yīng)I的活化能EI___________反應(yīng)Ⅱ的活化能EII(填“>”、“<”、或“=”)。

②已知反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù)___________k2逆增大的倍數(shù)(填“大于”、“小于”、或“等于”)。

（3）我國科學家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發(fā)生反應(yīng)：H2S+O2=H2O2+S↓。

①裝置中H+向___________池遷移。

②乙池溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：______________________。

(4)廢水處理時，通H2S(或加S2－)能使某些金屬離子生成極難溶的硫化物而除去。25°℃，某廢液中c(Mn2+)=0.02mol·L－1，調(diào)節(jié)廢液的pH使Mn2+開始沉淀為MnS時，廢液中c(H2S)=0.1mol·L－1，此時pH約為___________。(已知：Ksp(MnS)=5.0×10－14，H2S的電離常數(shù)：K1=1.5×10－7，K2=6.0×10－15，1g6=0.8)

Answer 1

【答案】2H2(g)+2NO(g) = N2(g)+2H2O(g) ΔH=2(E1-E2)kJ·mol 1 或2H2(g)+2NO(g) = N2(g)+2H2O(g) ΔH=-2(E2- E1)kJ·mol1或H2(g)+ NO(g) = 1/2N2(g)+ H2O(g) ΔH= (E1-E2)kJ·mol 1或H2(g)+ NO(g) = 1/2N2(g)+ H2O(g) ΔH=-(E2- E1)kJ·mol)kJ·mol 1 < 小于 甲池 H2S+I3—=3I－+S↓+2H+ 5.2

【解析】

本題是對化學反應(yīng)原理的綜合考察。根據(jù)蓋斯定律進行反應(yīng)熱的計算，正反應(yīng)活化能與逆反應(yīng)活化能的差值為反應(yīng)熱；利用反應(yīng)達到平衡時v正=v逆進行反應(yīng)平衡常數(shù)的計算；根據(jù)圖示可知，氧氣變?yōu)檫^氧化氫，發(fā)生還原反應(yīng)，該極為電解池的陰極，硫化氫變?yōu)閱钨|(zhì)硫，發(fā)生氧化反應(yīng)，該極為電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氫離子向陰極移動，據(jù)此解答此題。

(1)正反應(yīng)活化能為E3-E2 ，逆反應(yīng)活化能為E3- E1；生成1 mol水蒸氣，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為ΔH=（E3-E2）-（E3- E1）=(E1-E2)kJ·mol 1，所以該反應(yīng)的熱化學方程式：H2(g)+NO(g)=1/2N2(g)+H2O(g) ΔH=(E1-E2)kJ·mol 1或為2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=2(E1-E2)kJ·mol 1；

(2)①I．2NO(g)N2O2(g)(快)； v1正=k1正.c2(NO)；　v1逆=k1逆.c(N2O2) △H1＜0

II．N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)； v2正=k2正.c(N2O2)c(O2)； v2逆=k2逆.c2(NO2) △H2＜0

由反應(yīng)達平衡狀態(tài),所以v1正= v1逆、v2正= v2逆,所以v1正×v2正= v1逆×v2逆,即

即k1正.c2(NO)×k2正.c(N2O2)c(O2)= k1逆.c(N2O2)× k2逆.c2(NO2)，則有：K= c2(NO2)/ c2(NO)×c(O2)=；

因為決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)II,所以反應(yīng)I的活化能E1遠小于反應(yīng)II的活化能E2；

②反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)為放熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)①、②的平衡均逆向移動，由于反應(yīng)①的速率大，導致c(N2O2)減小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，即k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù)小于k2逆增大的倍數(shù)；

(3) ①從示意圖中看出，電子流向碳棒一極，該極為正極，氫離子從乙池移向甲池；

②乙池溶液中，硫化氫與I3-發(fā)生氧化還原反應(yīng)：硫化氫失電子變?yōu)榱騿钨|(zhì)，I3-得電子變?yōu)镮－，離子反應(yīng)為H2S+I3-=3I－+S↓+2H+；

(4)廢水處理時，通H2S(或加S2－)能使某些金屬離子生成極難溶的硫化物而除去。25°℃，某廢液中c(Mn2+)=0.02mol·L－1，調(diào)節(jié)廢液的pH使Mn2+開始沉淀為MnS時，廢液中c(H2S)=0.1mol·L－1，此時pH約為___________。(已知：Ksp(MnS)=5.0×10－14，H2S的電離常數(shù)：K1=1.5×10－7，K2=6.0×10－15，1g6=0.8)

25°℃，某廢液中c(Mn2+)=0.02mol·L－1，調(diào)節(jié)廢液的pH使Mn2+開始沉淀為MnS時，c(S2－)＝=mol/L，＝Ka1×Ka2，所以pH＝5時c(H+)＝=6mol/L，pH=5.2。