Question

【題目】煤炭燃燒產生的SO2、CO、NO2等造成了嚴重的大氣污染問題。

(1) CaO能起到固硫、降低SO2排放量的作用。

已知：①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1

②2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s) △H=-234 kJ·mol-1

③CaCO3(s)=CO2(g) +CaO(s) △H = +178 kJ·mol-1

則反應2SO2(g)+O2(g)+2CaO(s)= 2CaSO4(s) △H =________ kJ·mol-1

向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用，若固定2molSO2相應量的煤在相同條件下，燃燒時向環境釋放出的熱量會減少______ kJ。

(2)利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇，是減少污染的一種新舉措，反應原理為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H，在體積不同的兩個恒容密閉容器中分別充入1molCO和2mol H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化如圖甲。

①上述合成甲醇的反應是______(填“吸熱”或“放熱”)反應，判斷的理由是_____。

②圖甲中A、B、C三點中反應速率最大的是______(填寫“A”、“ B” 或“ C”)。

③在300℃時，向C點平衡體系中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，該平衡______(填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”)移動。

(3)一定溫度下，CO的轉化率與起始投料比的變化關系如圖乙所示，測得D點氫氣的轉化率為40%，則x=______。

(4)利用原電池原理可將NO2和NH3轉化為無污染物質，其裝置原理圖如圖丙所示，則負極反應式為______________。

Answer 1

【答案】 -1038 356 放熱 升高溫度，CH3OH的體積分數減小,平衡逆向移動，正反應放熱 C 向正反應方向 3 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

【解析】分析：(1) 根據蓋斯定律將①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1，②2CaSO2(s)+O2(g)=2CaSO3(s)△H=-234 kJ·mol-1按照①×2+②處理即可；燃燒時向環境釋放出的熱量會減少的熱量為碳酸鈣分解吸收的熱量；

(2)①根據圖像甲，升高溫度，CH3OH的體積分數逐漸減小，說明平衡逆向移動；②首先根據圖像甲分析判斷出P2＞P1，溫度越高，壓強越大，反應速率越快；③首先計算判斷平衡時C點的組成，在分析恒容容器中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，對平衡的影響；

(3) 根據圖像乙，D點CO的轉化率為60%，結合D點氫氣的轉化率計算判斷x的值；

(4) NO2和NH3轉化為無污染物質為氮氣和水，負極上氨氣發生氧化反應。

詳解：(1) ①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1，②2CaSO2(s)+O2(g)=2CaSO3(s) △H=-234 kJ·mol-1，③CaCO3(s)=CO2(g) +CaO(s) △H = +178 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將①×2+②得：2SO2(g)+O2(g)+2CaO(s)= 2CaSO4(s) △H =(-402 kJ·mol-1)×2+(-234 kJ·mol-1)= -1038kJ·mol-1；向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用，若固定2molSO2相應量的煤，根據方程式，固定2molSO2，放出1038kJ的熱量，同時需要分解2mol CaCO3，需要吸熱356 kJ，因此在相同條件下，燃燒時向環境釋放出的熱量會減少356 kJ，故答案為：-1038；356；

(2)①根據圖像，升高溫度，CH3OH的體積分數逐漸減小，說明平衡逆向移動，合成甲醇的反應是放熱反應，故答案為：放熱；升高溫度，CH3OH的體積分數減小,平衡逆向移動，正反應放熱；

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是氣體的物質的量減小的反應，壓強越大，平衡時CH3OH的體積分數越大，則P2＞P1，溫度越高，壓強越大，反應速率越快，圖甲中A、B、C三點中反應速率最大的是C，故答案為：C；

③C點 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol) 1 2 0

反應(mol) x 2x x

平衡(mol)1-x 2-2x x

則×100%=50%，解得：x=0.75mol，因此平衡時有0.25molCO，0.5molH2和0.75molCH3OH，恒容容器中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，可以看成先充入molCO，molH2和0.25molCH3OH，相當于增大壓強，再充入molCO，molH2，平衡均正向移動，故答案為：向正反應方向；

(3) D點CO的轉化率為60%，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol) 1 x 0

反應(mol) 0.6 1.2 0.6

平衡(mol)0.4 x-1.2 0.6

D點氫氣的轉化率為40%=，x=3，故答案為：3；

(4)利用原電池原理可將NO2和NH3轉化為無污染物質氮氣和水，負極上氨氣發生氧化反應，反應式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2Ospan>，故答案為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。