Question

【題目】C、N、S的氧化物常會造成一些環(huán)境問題，科研工作者正在研究用各種化學方法來消除這些物質(zhì)對環(huán)境的不利影響。

（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO2和H2在230℃，催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣。如圖表示恒壓容器中和平移轉(zhuǎn)化率達時的能量變化示意圖。寫出該反應(yīng)的熱化學方程式______________________。

（2）一定溫度下，向2L恒容密閉容器中通入和，發(fā)生反應(yīng)，可用于回收燃燒煙氣中的硫。若反應(yīng)進行到時達平衡，測得的體積分數(shù)為0.5，則前20min的反應(yīng)速率_______，該溫度下反應(yīng)化學平衡常數(shù)K=________。（保留兩位小數(shù)）

（3）工業(yè)上有多種方法用于的脫除。

① 可用NaClO堿性溶液吸收。為了提高吸收效率，常加入，反應(yīng)過程的示意圖如圖所示，產(chǎn)生的四價鎳和氧原子具有極強的氧化能力，因此可加快對的吸收。

a. 的作用是____________________。

b. 過程2的離子方程式___________________________________。

c. Ca(ClO)2也可用于脫硫，且脫硫效果比NaClO更好，原因是_______________。

②“亞硫酸鹽法”吸收煙氣中的。室溫條件下，將煙氣通入溶液中，測得溶液與含硫組分物質(zhì)的量分數(shù)的變化關(guān)系如圖所示，點時溶液pH=7，則_____________。

（4）用石墨做電極，食鹽水做電解液電解煙氣脫氮的原理如圖1，被陽極產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)氧化，尾氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后排入空氣。電流密度對溶液和對煙氣脫硝的影響如圖2所示：

圖1 圖2

① NO被陽極產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)氧化為NO3-反應(yīng)的離子方程式__________________。排入空氣的尾氣，一定含有的氣體單質(zhì)是_________________（填化學式）。

② 溶液的pH對NO去除率存在相關(guān)關(guān)系的原因是___________________________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol 0.03 11.25 催化劑 2NiO2+ClO-= Ni2O3+Cl-+2O Ca2+與SO42-結(jié)合生成難溶的CaSO4，有利于反應(yīng)的進行 3:1 3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O H2 次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強

【解析】

（1）根據(jù)圖示，可知0.5molCO2和1.5molH2轉(zhuǎn)化率達80%時放熱23-3.4=19.6kJ，然后按比例計算：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的△H得出該反應(yīng)的熱化學方程式；

（2）列出三行式，利用已知關(guān)系找出轉(zhuǎn)化量和平衡量，代入計算公式計算速率和平衡常數(shù)；

（3）①a. 由過程1和過程2的反應(yīng)可知，Ni2O3的作用是作為催化劑；

b. 根據(jù)催化過程的示意圖可知，過程2中NiO2和ClO-反應(yīng)生成Ni2O3、Cl-、O，據(jù)此寫出離子方程式；

c. Ca2+與SO42-結(jié)合生成難溶的CaSO4，有利于反應(yīng)的進行；

②b點時溶液的pH=7，根據(jù)電荷守恒分析解答；

（4）①由圖1可知，用石墨做電極，電解食鹽水在陽極產(chǎn)生Cl2，將NO氧化為NO3-。電解時陰極產(chǎn)生H2。

②由圖2可知，溶液的pH越小，NO的去除率越高。

（1）根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉(zhuǎn)化率達80％時的能量變化，23kJ-3.4kJ=19.6kJ，△H ==-49 kJ/mol，該反應(yīng)的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol，

因此，本題正確答案是：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；

（2）設(shè)進行到時達平衡，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為2x，則：

2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s)

起始量（mol） 2 1 0

轉(zhuǎn)化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol） 2-2x 1-x 2x

根據(jù)平衡時CO2的體積分數(shù)為0.5，有：=0.5，解得x=0.6，

則前20min的反應(yīng)速率=0.03，

平衡時，CO、SO2和CO2濃度分別為0.4mol/L、0.2mol/L、0.6mol/L，則

平衡常數(shù)K===11.25。

因此，本題正確答案是：0.03；11.25；

（3）①a. 由過程1和過程2的反應(yīng)可知，Ni2O3的作用是作為催化劑；

b.根據(jù)催化過程的示意圖可知，過程2中NiO2和ClO-反應(yīng)生成Ni2O3、Cl-、O，離子方程式為2NiO2+ClO-= Ni2O3+Cl-+2O；

c. Ca(ClO)2也可用于脫硫，且脫硫效果比NaClO更好，是因為Ca2+與SO42-結(jié)合生成難溶的CaSO4，有利于反應(yīng)的進行，

因此，本題正確答案是：催化劑；2NiO2+ClO-= Ni2O3+Cl-+2O；Ca2+與SO42-結(jié)合生成難溶的CaSO4，有利于反應(yīng)的進行；

②b點時溶液的pH=7，根據(jù)電荷守恒：n(NH4+)= n(HSO3-)+2n(SO32-)，又根據(jù)圖可知：n(HSO3-)= n(SO32-)，n(NH4+)：n(SO32-)=（1+2）:1=3:1，

因此，本題正確答案是：3:1；

（4）①由圖1可知，用石墨做電極，電解食鹽水在陽極產(chǎn)生Cl2，將NO氧化為NO3-，反應(yīng)的離子方程式3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O。電解時陰極產(chǎn)生H2，故排入空氣的尾氣，一定含有的氣體單質(zhì)是H2。

因此，本題正確答案是：3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O；H2；

②由圖2可知，溶液的pH越小，NO的去除率越高，溶液的pH對NO去除率存在相關(guān)關(guān)系的原因是次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強。

因此，本題正確答案是：次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強。