Question

10．環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為世界上越來(lái)越重要的議題，其中大氣污染主要有硫的氧化物和氮的氧化物，工業(yè)生產(chǎn)是其原因之一，同時(shí)工業(yè)上通常也用下列方法來(lái)治理污染．
（1）煙氣中含有SO₂等大量有害的物質(zhì)，煙氣除硫的方法有多種，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2（s）△H=-234.2kJ/mol
試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的熱化學(xué)方程式2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol．

（2）用NH₃還原NO_x生成N₂和H₂O．現(xiàn)有NO、NO₂的混合氣體3L，可用同溫同壓下3.5L的NH₃恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為1：3．
（3）氨催化氧化是硝酸工業(yè)的基礎(chǔ)，反應(yīng)原理為：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）實(shí)際生產(chǎn)中，還會(huì)發(fā)生此反應(yīng)：4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O，在1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過(guò)程中，有關(guān)溫度與各物質(zhì)的量關(guān)系如圖1所示：
①已知400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，則圖象中x=0.3．
②NH₃生成N₂的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)（填“吸熱反應(yīng)”或“放熱反應(yīng)”），溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生如圖所示變化的原因可能是可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退��?br />（4）電化學(xué)降解治理水中硝酸鹽污染．在酸性條件下，電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖2所示，陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O．假設(shè)降解前兩極溶液質(zhì)量相等，當(dāng)電路中有2mol電子通過(guò)時(shí)，此時(shí)兩極溶液質(zhì)量的差值為14.4g．

Answer 1

分析 （1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于①×2+②×2+③，計(jì)算△H；
（2）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，氮氧化物把氨氣氧化為氮?dú)�，本身被還原為氮?dú)�，可以利用反�?yīng)方程式通過(guò)設(shè)未知列方程組計(jì)算；也可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計(jì)算；也可以利用平均值法計(jì)算；
（3）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過(guò)程中還發(fā)生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應(yīng)，400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，結(jié)合氮元素守恒計(jì)算x；
②氨氣和氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生變化，NO減小，氮?dú)庠黾�，結(jié)合化學(xué)平衡影響因素分析判斷；
（4）陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有水生成；轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極（陽(yáng)極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進(jìn)入陰極室，陽(yáng)極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時(shí)有2molH⁺（2g）進(jìn)入陰極室．

解答 解：（1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于①×2+②×2+③，計(jì)算△H=+178.2ײ⁺（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，
故答案為：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol；
（2）根據(jù)反應(yīng)可知：氨氣被氧化為氮?dú)�，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮?dú)猓琋O～N₂～2e^-二氧化氮被還原為氮?dú)釴O₂～N₂～4e^-
設(shè)一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.5L，根據(jù)電子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），x=0.75L，二氧化氮體積為2.25L，則相同條件下，混合氣體中NO和NO₂的體積比等于物質(zhì)的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案為：1：3；
（3）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過(guò)程中還發(fā)生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應(yīng)，已知400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，結(jié)合氮元素守恒計(jì)算，5y+6y×2+3y=1
y=0.05
氮?dú)馕镔|(zhì)的量=6y=0.05mol×6=0.3mol，
x=0.3
故答案為：0.3；
②上述計(jì)算分析可知，NH₃生成NO和N₂的反應(yīng)分別屬于放熱反應(yīng)，溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生如圖所示變化，NO減小，N₂物質(zhì)的量增大，可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退��?br />故答案為：放熱反應(yīng)；可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退��?br />（4）在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極（陽(yáng)極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進(jìn)入陰極室，陽(yáng)極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時(shí)有2molH⁺（2g）進(jìn)入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少3.6g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，
故答案為：2NO₃^-+12 H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；14.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理、電極反應(yīng)式書寫、電解計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，要注意該題中陰極室有氫離子進(jìn)入，易漏掉，為易錯(cuò)點(diǎn)．