Question

【題目】霧霾嚴(yán)重危害人類健康和生態(tài)環(huán)境，開發(fā)穩(wěn)定高效的脫硫脫硝工藝是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

(1)天然氣中含有的微量 H2S 會(huì)腐蝕管道和設(shè)備，可在 1200℃下進(jìn)行脫硫處理，H2S 會(huì)被氧氣氧化為SO2，并產(chǎn)生水蒸氣。

化學(xué)鍵	H-S	O=O	H-O	SO2 中共價(jià)鍵
鍵能/(kJmol-1)	339	498	464	1083

請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______。

(2)利用 NaClO2/H2O2 酸性復(fù)合吸收劑可同時(shí)有效脫硫、脫硝，將 NO、SO2 氧化為硝酸和硫酸而除去。在溫度一定時(shí)，n(H2O2)/n(NaClO2)、溶液 pH 對(duì)脫硫脫硝的影響如圖所示：

①從圖 a 和圖 b 中可知脫硫脫硝最佳 n(H2O2)/n(NaClO2)是_______、最佳 pH 是______。

②圖 b 中 SO2 的去除率隨 pH 的增大而增大，而 NO 的去除率在 pH>5.5 時(shí)反而減小，請(qǐng)解釋 NO 去除率減小的可能原因是______。

(3)臭氧也是理想的煙氣脫硝劑，其脫硝的反應(yīng)之一為 2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)，不同溫度下，在體積為 1L 的甲、乙兩個(gè)恒容密閉容器中均充入 l mol O3 和 2 mol NO2，相關(guān)信息如圖所示，請(qǐng)回答下列問題：

①0~15min 內(nèi)乙容器中反應(yīng)的平均速率：v(NO2) =______。(保留 2 位有效數(shù)字)

②下列措施能提高容器乙中 NO2 轉(zhuǎn)化率的是________(填字母標(biāo)號(hào))

A.向容器中充入氦氣，增大容器的壓強(qiáng)

B.升高容器的溫度

C.向容器中再充人一定量的 NO2

D.向容器中再充入 l mol O3 和 2 mol NO2

③甲容器的初始?jí)簭?qiáng)為 p0，計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù) Kp=______。(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

(4)過二硫酸鉀(K2S2O8)可作為燃煤鍋爐脫硝的氧化劑。實(shí)驗(yàn)室通過電解飽和 KHSO4 溶液制備 K2S2O8。電解裝置如圖所示：

①電極 B 為______極(“陽”或“陰”)。

②在常溫下，電解液中的含硫微粒的主要存在形式與 pH 的關(guān)系如圖所示，將電極 A 區(qū)域的 pH 控制在 0~2 之間進(jìn)行電解，則電極 A 的電極反應(yīng)方程式為______。

Answer 1

【答案】2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) △H= -1172 kJmol-1 6:1 5.5~6.0 之間的任意值均可 pH>5.5 以后，隨著 pH 增大，NO 的還原性降低；或 H2O2 和 NaClO2 氧化性減弱，不能將 NO 氧化為硝酸 0.053 mol·L-1·min-1 D 1.5/p0 陰 2HSO4--2e-=2S2O82-+2H+

【解析】

(1)H2S與O2的反應(yīng)的方程式為2H2S+3O2=2SO2+2H2O，△H =反應(yīng)物鍵能-生成物鍵能=4×339 kJmol-1+3×498 kJmol-1-(2×1083 kJmol-1+4×464 kJmol-1)=-1172 kJmol-1，所以熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) △H= -1172 kJmol-1；

(2)①從圖a和圖b中可知，=6：1，pH在5.5～6.0時(shí)NO、SO2的去除率最高，故脫硫、脫硝的最佳條件是=6：1，pH在5.5～6.0之間；
②圖b中SO2的去除率隨pH的增大而增大，pH＞5.5后，隨著pH增大，NO的還原性降低(或NaClO2和H2O2氧化性減弱)，NO不能被氧化成硝酸，故NO的去除率在pH＞5.5時(shí)反而減小；

(3)①據(jù)圖可知15min時(shí)容器中c(N2O5)=0.4mol/L，容器體積為1L，則初始時(shí)c(O3)=1mol/L，c(NO2)=2mol/L，列三段式：

所以v(NO2)== 0.053 mol·L-1·min-1；

②提高容器乙中NO2轉(zhuǎn)化率，即采取措施使反應(yīng)2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)向右進(jìn)行的程度更大，溫度甲＜乙，平衡時(shí)正向程度甲＞乙，表明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，據(jù)此逐項(xiàng)分析，
A．恒容容器充入He，He不參與反應(yīng)，充入He不改變氣體各組分分壓，不影響化學(xué)平衡，因此不能提高NO2轉(zhuǎn)化率，故A不選；
B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，不能提高NO2轉(zhuǎn)化率，故B不選；
C．向容器中再充入一定量的NO2會(huì)使O3轉(zhuǎn)化率升高，自身轉(zhuǎn)化率降低，故C不選；
D．向容器中再充入lmol O3和2mo NO2，由于是按化學(xué)計(jì)量比充入，相當(dāng)于對(duì)原平衡加壓，則有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，NO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，故D可選；

③初始?xì)怏w總物質(zhì)的量為1mol+2mol=3mol，平衡時(shí)甲容器中c(N2O5)=0.5mol/L，列三段式：

容器體積為1L，則平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為1mol+0.5mol+0.5mol+0.5mol=2.5mol，則此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為；則p(NO2)=， p(O3)=p(N2O5)=p(O2)=，所以Kp=；

(4)①K2S2O8中含有化合價(jià)為-1價(jià)的氧原子，所以KHSO4→K2S2O8發(fā)生氧化反應(yīng)，則電極A為電解池的陽極，電極B為陰極；

②據(jù)圖可知pH在 0~2 之間時(shí)HSO4-并未電離，產(chǎn)物應(yīng)為S2O82-，電極A為陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極方程式為2HSO4--2e-=2S2O82-+2H+。