Question

【題目】清潔能源的開發、廢水的處理都能體現化學學科的應用價值。

Ⅰ. 工業上可利用CO2來制備清潔燃料甲醇，有關化學反應如下：

反應A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1

反應B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1

⑴ 寫出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反應的熱化學方程式： __________________。

⑵ 反應A可自發進行的溫度條件是________(填“低溫”或“高溫”) 。

⑶ 寫出兩個有利于提高反應A中甲醇平衡產率的條件___________。

⑷ 在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和氣體，體積比1∶3，總物質的量amol進行反應，測得CO2轉化率、CH3OH和CO選擇性隨溫度、壓強變化情況分別如圖所示（選擇性：轉化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

溫度對反應的影響 壓強對反應的影響

① 由上圖可知，影響產物選擇性的外界條件是______。

A. 溫度 B. 壓強 C. 催化劑

② 如圖中M點溫度為250℃，CO2的平衡轉化率為25%，該溫度下反應B的平衡常數為________________（用分數表示）。

Ⅱ.實驗室模擬“間接電化學氧化法”處理氨氮廢水中NH4+的裝置如圖所示。以硫酸銨和去離子水配制成初始的模擬廢水，并以NaCl調節溶液中氯離子濃度，陽極產物將氨氮廢水中的NH4+氧化成空氣中的主要成分。

⑸ 陽極反應式為__________________________________。

⑹ 除去NH4+的離子反應方程式為________________________________________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1 低溫 增大壓強，適當降溫，及時分離出產物（H2O或CH3OH） AB 1/60 2Cl――2e―＝ Cl2↑ 2NH4++3Cl2＝ 8H++N2↑+6Cl―

【解析】

(1)根據蓋斯定律分析解答；

(2)反應能自發進行，需要滿足△H-T△S＜0；

(3)提高甲醇的產率，應使平衡正向移動，結合方程式的特點判斷；

(4)①根據溫度和壓強對反應的影響曲線圖結合反應的方程式分析判斷；②在Cu-ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1∶3，總物質的量amol進行反應，250℃時，反應A和B達到平衡，平衡時容器體積為VL，CO2轉化率為25%，根據溫度對反應的影響曲線可知，CH3OH和CO選擇性均為50%，結合方程式利用三段式結合平衡常數表達式分析計算；

(5)陽極發生氧化反應，氯離子放電生成氯氣；

(6)氯氣具有氧化性，銨根離子中氮是-3價，具有還原性，二者能夠發生氧化還原反應，據此書寫反應的離子方程式。

Ⅰ.(1)反應A：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1，反應B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將A-B得：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝(－49.6kJ·mol-1)-(＋41kJ·mol-1)=－90.6kJ·mol-1，故答案為：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1；

(2)對于反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，△H＜0，△S＜0，如反應能自發進行，應滿足△H-T△S＜0，低溫下即可進行，故答案為：低溫；

(3)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，由化學計量數可知，增大壓強，平衡正向移動；正反應為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動；及時分離出產物(H2O或CH3OH)，平衡也正向移動，這些措施均有利于提高甲醇的產率，故答案為：增大壓強，適當降溫，及時分離出產物(H2O或CH3OH)；

(4)① 根據溫度和壓強對反應的影響曲線圖可知，反應A為放熱反應，反應B為吸熱反應，改變溫度，平衡一定移動，說明溫度影響產物的選擇性；增大壓強，反應A正向移動，甲醇的產率增大，說明壓強影響產物的選擇性，因此溫度和壓強對產物的選擇性均有影響，加入催化劑，平衡不移動，不會影響產物的選擇性，故答案為：AB；

②在Cu-ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1∶3，總物質的量amol進行反應，250℃時，反應A和B達到平衡，平衡時容器體積為VL，CO2轉化率為25%，根據溫度對反應的影響曲線可知，CH3OH和CO選擇性均為50%，由方程式可知，消耗的二氧化碳的物質的量n(CO2)=×25%mol=mol，剩余二氧化碳的物質的量為mol，生成CH3OH和CO共mol，分別為mol，生成n(H2O)=mol，兩個反應消耗氫氣的物質的量為mol×3+mol=mol，則剩余氫氣的物質的量為mol-mol=mol，則反應B的平衡常數K===，故答案為：；

Ⅱ.(5)陽極發生氧化反應，氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑，故答案為：2Cl--2e-=Cl2↑；

(6)氯氣具有氧化性，銨根離子中氮是-3價，具有還原性，能夠被氯氣氧化成氮氣，氯氣得電子生成-1價的氯離子，反應的離子方程式為2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-，故答案為：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。