Question

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

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

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

（3）工業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，反應過程的示意圖如圖所示，產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的量分數的變化關系如圖所示，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，被陽極產生的氧化性物質氧化，尾氣經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被陽極產生的氧化性物質氧化為NO3-反應的離子方程式__________________。排入空氣的尾氣，一定含有的氣體單質是_________________（填化學式）。

② 溶液的pH對NO去除率存在相關關系的原因是___________________________。

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-結合生成難溶的CaSO4，有利于反應的進行 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）根據圖示，可知0.5molCO2和1.5molH2轉化率達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得出該反應的熱化學方程式；

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

（3）①a. 由過程1和過程2的反應可知，Ni2O3的作用是作為催化劑；

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

c. Ca2+與SO42-結合生成難溶的CaSO4，有利于反應的進行；

②b點時溶液的pH=7，根據電荷守恒分析解答；

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

②由圖2可知，溶液的pH越小，NO的去除率越高。

（1）根據圖中數據，恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80％時的能量變化，23kJ-3.4kJ=19.6kJ，△H ==-49 kJ/mol，該反應的熱化學方程式：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）設進行到時達平衡，轉化的CO的物質的量為2x，則：

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

起始量（mol） 2 1 0

轉化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol） 2-2x 1-x 2x

根據平衡時CO2的體積分數為0.5，有：=0.5，解得x=0.6，

則前20min的反應速率=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的反應可知，Ni2O3的作用是作為催化劑；

b.根據催化過程的示意圖可知，過程2中NiO2和ClO-反應生成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-結合生成難溶的CaSO4，有利于反應的進行，

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

②b點時溶液的pH=7，根據電荷守恒：n(NH4+)= n(HSO3-)+2n(SO32-)，又根據圖可知：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生Cl2，將NO氧化為NO3-，反應的離子方程式3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O。電解時陰極產生H2，故排入空氣的尾氣，一定含有的氣體單質是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去除率存在相關關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。