Question

【題目】研究發(fā)現(xiàn)，含Pm2.5的霧霾主要成分有CO2、SO2、NOx、CxHy及可吸入顆粒等。為減少霧霾要進(jìn)行脫硝、脫硫、脫碳，請(qǐng)回答下列問題：

(1)脫硝。為消除NOx對(duì)環(huán)境的污染，利用NH3在一定條件下與NO反應(yīng)生成無(wú)污染氣體。

已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=－905kJ/mol

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

①NH3(g)與NO(g)在一定條件下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：______________________。

②下圖是①中反應(yīng)過程中NH3的體積分?jǐn)?shù)隨X變化的示意圖，X代表的物理量可能是___________，原因是___________。

(2)脫硫。下圖電解裝置可將霧霾中的SO2、NO轉(zhuǎn)化為(NH4)2SO4。

①裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

②陰極的電極反應(yīng)式是___________。

③某種脫硫工藝中將廢氣處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物，可作為化肥。硫酸銨和硝酸銨的水溶液pH<7，其原因用離子方程式表示為___________；常溫下，在一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c(Na+)___________c(NO3-)(填寫“>”“=”或“<”)。

(3)脫碳。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H 取五份等體積的CO2和H2的混合氣體(物質(zhì)的量之比均為1：3)，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如下圖所示，則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H=___________0(填“>”“<”或“=”)。請(qǐng)解釋b比a縱坐標(biāo)大的原因___________。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H= -1805 kJ/mol 溫度或壓強(qiáng) 因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱及體積增大的可逆反應(yīng)，升高溫度或增大壓強(qiáng)，平衡均逆向移動(dòng)，使NH3的體積分?jǐn)?shù)增大 5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+ 4H2SO4 NO+5e-+6H+=NH4＋+H2O NH4++H2ONH3·H2O+H+ ＜ ＜ 由圖可知a、b均未達(dá)到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，反應(yīng)速率加快，即v(b)＞v(a)，在相同時(shí)間內(nèi)，b生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大

【解析】

(1)①根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)熱化學(xué)方程式疊加，就可得到相應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且是體積增大的可逆反應(yīng)，利用溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響分析；

(2)①SO2失電子形成硫酸；

②NO得電子生成銨根；

③溶液中銨根離子水解顯示酸性，硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液溶液的pH=7，則反應(yīng)后溶液中氫離子和氫氧根離子濃度相等，根據(jù)電荷守恒來(lái)判斷；

(3)根據(jù)圖象分析，甲醇含量隨溫度變化的曲線特征，開始反應(yīng)進(jìn)行，平衡后，升溫平衡逆向進(jìn)行，根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答，a、b兩點(diǎn)均為平衡狀態(tài)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大。

(1)①已知a：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H=-905kJ/mol

b：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=180kJ/mol

依據(jù)蓋斯定律，b×5，整理可得熱化學(xué)方程式合并計(jì)算：Ⅰ×5+Ⅱ得到：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=-1805kJ/mol，

②該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的放熱反應(yīng)，升高溫度或增大壓強(qiáng)，平衡均逆向移動(dòng)，從而使NH3的體積分?jǐn)?shù)增大；

(2)①SO2中的S元素化合價(jià)為+4價(jià)，在反應(yīng)中失電子變?yōu)?/span>+6價(jià)的硫酸，反應(yīng)方程式：5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4；

②在陰極上NO得電子生成NH4+，電極反應(yīng)式為：NO+5e-+6H+=NH4++H2O；

③硫酸銨和硝酸銨都是強(qiáng)酸弱堿鹽，在水溶液中NH4+發(fā)生水解反應(yīng)，消耗水電離產(chǎn)生的OH-，當(dāng)最終達(dá)到平衡時(shí)，溶液中c(H+)>c(OH-)，所以溶液的pH＜7，其原因用離子方程式表示為NH4++H2ONH3H2O+H+，常溫下，向一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液的pH=7，則c(H+)=c(OH-)，由于溶液中存在電荷守恒，所以c(H+)+c(NH4+)+c(Na+)=c(NO3-)+c(OH-)，而c(H+)=c(OH-)，因此c(NH4+)+c(Na+)=c(NO3-)，所以c(Na+)<c(NO3-)；

(3)根據(jù)圖象分析知道：在溫度不很高時(shí)，升高溫度，更多的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為甲醇，甲醇的含量增大，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，再溫度升高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)減小，說(shuō)明是個(gè)溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，屬于△H＜0；另外圖中a、b均是未達(dá)到平衡狀態(tài)，由于溫度b>a，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以v(b)＞v(a)；在相同時(shí)間內(nèi)，速率越快，產(chǎn)生的甲醇就越多，由于v(b)＞v(a)，所以b生成的甲醇多，甲醇的體積分?jǐn)?shù)大，即比a縱坐標(biāo)大。