Question

【題目】NH3、NO2、SO2處理不當(dāng)易造成環(huán)境污染，如果對(duì)這些氣體加以利用就可以變廢為寶，既減少了對(duì)環(huán)境的污染，又解決了部分能源危機(jī)問題。

(1)硝酸廠常用催化還原方法處理尾氣。CH4在催化條件下可以NO2將還原為N2。已知：

CH4 (g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-890.3kJmol-1 ①

N2 (g) +2O2(g)=2 NO2 (g) △H2=+67.7kJmol-1 ②

則反應(yīng)CH4 (g)+2NO2(g)=CO2(g)+ N2 (g)+ 2H2O(l) △H= _____________ 。

(2)工業(yè)上利用氨氣生產(chǎn)氫氰酸(HCN)的反應(yīng)為：CH4 (g)+ NH3 (g) HCN(g)+ 3H2 (g) △H>0

①在一定溫度條件下，向2L恒容密閉容器中加入2mol CH4和2mol NH3，平衡時(shí)NH3 體積分?jǐn)?shù)為30%，所用時(shí)間為10min，則該時(shí)間段內(nèi)用CH4的濃度變化表示的反應(yīng)速率為__________________molL-1min-1 ，該溫度下平衡常數(shù)K=_________。若保持溫度不變，再向容器中加入CH4 和H2各1mol，則此時(shí)v正= ________ (填“>”“=”或“<”)v逆。

②其他條件一定，達(dá)到平衡時(shí)NH3 轉(zhuǎn)化率隨外界條件X 變化的關(guān)系如圖1所示，X 代表 __________(填字母代號(hào))

A.溫度 B. 壓強(qiáng) C. 原料中CH4與NH3的體積比

(3)某研究小組用NaOH 溶液吸收尾氣中的二氧化碳，將得到的Na2SO3進(jìn)行電解生產(chǎn)硫酸，其中陰、陽(yáng)膜組合電解裝置如圖2所示，電極材料為石墨，A~E分別代表生產(chǎn)中的原料或產(chǎn)品，b表示_____(填“陰”或“陽(yáng)”)離子交換膜，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為________。

Answer 1

【答案】—958.0kJmo1—1 0.025 或0.1875(mo1/L)2 < B 陰 SO32——2e— +H2O= 2H+ +SO42—

【解析】

(1) 根據(jù)蓋斯定律分析計(jì)算；

(2)①根據(jù)三段式結(jié)合平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)為30%計(jì)算出反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量，再結(jié)合v(CH4) ==和K=計(jì)算，保持溫度不變，再向容器中加入CH4和H2各1 mol，根據(jù)Qc與K的關(guān)系判斷平衡移動(dòng)的方向；②根據(jù)圖示，X越大，轉(zhuǎn)化率越小，平衡逆向移動(dòng)，結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素分析判斷；

(3)由得到的Na2SO3進(jìn)行電解生產(chǎn)硫酸，硫酸根來(lái)源于亞硫酸根的放電，該過程發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽(yáng)極發(fā)生，據(jù)此分析解答。

(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJmol-1①，N2(g)+2O2(g)═2NO2(g) △H=+67.7kJmol-1②，根據(jù)蓋斯定律，將①-②可得熱化學(xué)方程式：CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)+2H2O(g) △H=(-890.3kJmol-1)-(+67.7kJmol-1)=-958.0kJmol-1，故答案為：-958.0kJmol-1；

(2)①設(shè)10 min時(shí)，反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為x(mol)，

則×100%=30%，解得：x=0.5，v(CH4)====0.025mol/(Lmin)；該溫度下，平衡常數(shù)K===0.1875(mol/L)2；保持溫度不變，再向容器中加入CH4和H2各1 mol，此時(shí)Qc=═0.5208(mol/L)2＞K，平衡逆向移動(dòng)，則v正＜v逆，故答案為：0.025；0.1875(mol/L)2；＜；

②根據(jù)圖示，X越大，NH3轉(zhuǎn)化率越小，平衡逆向移動(dòng)。A、該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，NH3轉(zhuǎn)化率增大，故A錯(cuò)誤；B、該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，NH3轉(zhuǎn)化率減小，故B正確；C、原料中CH4的體積越大，平衡正向進(jìn)行程度越高，氨氣的轉(zhuǎn)化率越高，故C錯(cuò)誤；故答案為：B；

(3)Na2SO3進(jìn)行電解生產(chǎn)硫酸，硫酸根來(lái)源于亞硫酸根的放電，該過程為氧化反應(yīng)，在陽(yáng)極上發(fā)生，故b為陰離子交換膜，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為SO32--2e-+H2O=2H++SO42-，故答案為：陰；SO32--2e-+H2O=2H++SO42-。