Question

【題目】燃煤煙氣的脫硫脫硝是目前研究的熱點。

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

①CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -574 kJmol-1

②CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -1160 kJmol-1

③H2O(g) = H2O(l) △H= -44 kJmol-1

寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O( l ) 的熱化學方程式_____________。

（2）某科研小組研究臭氧氧化--堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應原理及反應熱、活化能數(shù)據(jù)如下：

反應Ⅰ：NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g) △H1 = -200.9 kJmol-1 Ea1 = 3.2 kJmol-1

反應Ⅱ：SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g) △H2 = -241.6 kJmol-1 Ea2 = 58 kJmol-1

已知該體系中臭氧發(fā)生分解反應：2O3(g) 3O2(g)。請回答：

其它條件不變，每次向容積為2L的反應器中充入含1.0 mol NO、1.0 mol SO2的模擬煙氣和2.0 mol O3，改變溫度，反應相同時間t后體系中NO和SO2的轉化率如圖所示：

①由圖可知相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2，結合題中數(shù)據(jù)分析其可能原因_______。

②下列說法正確的是________。

A．P點一定為平衡狀態(tài)點

B．溫度高于200℃后，NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零

C．其它條件不變，若縮小反應器的容積可提高NO和SO2的轉化率

③假設100℃時P、Q均為平衡點，此時反應時間為10分鐘，發(fā)生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，則體系中剩余O3的物質的量是________mol；NO的平均反應速率為________；反應Ⅱ在此時的平衡常數(shù)為_______________。

（3）用電化學法模擬工業(yè)處理SO2。將硫酸工業(yè)尾氣中的SO2通入如圖裝置（電極均為惰性材料）進行實驗，可用于制備硫酸，同時獲得電能：

①M極發(fā)生的電極反應式為___________________。

②當外電路通過0.2 mol電子時，質子交換膜左側的溶液質量_____（填“增大”或“減小”）____克。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955 kJ/mol 反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應 BC 0.65 0.0425mol/(L·min) 0.96 SO2+2H2O-2e- =SO42- +4H+ 增大 6.2

【解析】(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574 kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160 kJmol-1，③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0 kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，將×(①+②+③×4)得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=×[(-574 kJmol-1)+(-1160 kJmol-1)+(-44.0 kJmol-1)×4]=-955kJmol-1，故答案為：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955kJmol-1；

(2)①反應Ⅰ：NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g) △H1 = -200.9 kJmol-1 Ea1 = 3.2 kJmol-1

反應Ⅱ：SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g) △H2 = -241.6 kJmol-1 Ea2 = 58 kJmol-1，反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應，因此相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2，故答案為：反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應；

②A．圖中曲線屬于描點法所得圖像，P點不一定為圖像的最高點，即不一定為平衡狀態(tài)點，可能是建立平衡過程中的一點，故A錯誤；B．根據(jù)圖像，溫度高于200℃后，2O3(g) 3O2(g)反應進行程度加大，體系中的臭氧濃度減小，NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降、當臭氧完全分解，則二者轉化率幾乎為零，故B正確；C．其它條件不變，若縮小反應器的容積，使得2O3(g) 3O2(g)平衡逆向移動，臭氧濃度增大，反應Ⅰ：NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g) 和反應Ⅱ：SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g)平衡正向移動， NO和SO2的轉化率提高，故C正確；故選BC；

CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJmol-1

③反應Ⅰ：NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g)中NO的轉化率為85%，則反應的NO為0.85mol，O3為0.85mol；反應Ⅱ：SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g)中SO2的轉化率為30%，反應的SO2為0.3mol，O3為0.3mol，2O3(g) 3O2(g)中發(fā)生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，為0.2mol，則體系中剩余O3的物質的量=2.0mol-0.85mol-0.3mol-0.2mol=0.65mol；NO的平均反應速率==0.0425mol/(L·min)；平衡是為0.85mol+0.30mol+0.3mol=1.45mol，反應Ⅱ的平衡常數(shù)==0.96，故答案為：0.65；0.0425mol/(L·min)；0.96；

(3)①本質是二氧化硫、氧氣與水反應生成硫酸，M電極為負極，N電極為正極，M電極上二氧化硫失去電子氧化生成SO42-，根據(jù)原子守恒會電荷守恒可知，有水參加反應，有氫離子生成，電極反應式為：SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+，故答案為：SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+；

②負極反應式為：SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+，正極反應式為O2 + 4e-- + 4H+ == 2H2O，當外電路通過0.2 mol電子時，負極反應的二氧化硫為0.1mol，質量為6.4g，同時有0.2mol氫離子通過質子交換膜進入右側，左側溶液質量增大6.4g-0.2g=6.2g，故答案為：增大；6.2。