Question

【題目】氰化氫(HCN)是形成生物重要化合物的重要源或中間體，其水溶液稱氫氰酸，是一種非常弱的酸。工業上以甲烷和氨氣為原料在高溫和催化劑的作用下按下列反應制備HCN：

2CH4(g)+3O2(g)+2NH3(g)2HCN(g)+6H2O(g) △H1=-475kJ/mol①

CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g) △H2=+240kJ/mol②

(1)該條件下1mol水蒸氣分解為氫氣和氧氣的熱化學方程式為________________________(數值保留三位有效數字)。根據題中信息_______________(填“能”或“不能”)計算出氫氣的燃燒熱。

(2)在恒溫恒容的密閉容器中按照體積比6：5的比例充入甲烷和氨氣發生反應②，氨氣的物質的量濃度與時間關系如圖所示，從開始到0.8h達平衡狀態的過程中v(H2)=____________________；甲烷的平衡轉化率為____________；該溫度下反應②的平衡常數K=________________________。

(3)工業生產中反應②常用鉑作催化劑，甲、乙兩名同學在討論催化劑的選擇，甲同學認為用鉑作催化劑會提高生產成本，應研究出更廉價的催化劑；乙同學認為使用鉑不會明顯提高生產成本。你認為觀點更合理的是___________(填“甲”或“乙”)，原因是______________________________。

(4)HCN及其鹽均有劇毒，因此含CN-的工業廢水必須經過處理才能排放，處理方法之一是電解氧化法；以石墨為陽極、鐵板為陰極電解含CN-的堿性廢水，將CN-轉化為N2和CO2。該方法的陽極反應式為___________________________。為確保CN-被完全處理掉，電解一段時間后通常會加入適量氯化鈉固體，其作用可能是_____________________________。

Answer 1

【答案】 H2O(g)=1/2O2(g)+H2(g) △H=+159kJ/mol 不能 2.25 mol·L-1·h-1 50% 14.58 mol2·L-2 乙 生產過程中催化劑不報耗 2CN--10e-+8OH-=N2+2CO2+4H2O 增強溶液的導電能力

【解析】氰化氫(HCN)是形成生物重要化合物的重要源或中間體，其水溶液稱氫氰酸，是一種非常弱的酸。工業上以甲烷和氨氣為原料在高溫和催化劑的作用下按下列反應制備HCN：

(1) 2CH4(g)+3O2(g)+2NH3(g)2HCN(g)+6H2O(g) △H1=-475kJ/mol①；CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g) △H2=+240kJ/mol②。由(②①)可得H2O(g)= H2(g)+ O2(g)，△H=[+240kJ/mol（-475kJ/mol）]+159kJ/mol，所以，該條件下1mol水蒸氣分解為氫氣和氧氣的熱化學方程式為H2O(g)= H2(g)+ O2(g) △H=+159kJ/mol。因為不知道水蒸氣變成液態水的熱效應，根據題中信息不能計算出氫氣的燃燒熱。

(2)在恒溫恒容的密閉容器中按照體積比6：5的比例充入甲烷和氨氣發生反應②CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g)，由圖可知，從開始到0.8h達平衡狀態的過程中氨氣的濃度從1mol/L減少到0.4mol/L，氨氣的變化量為0.6mol/L，則氫氣的變化量為1.8mol/L，v(H2)=2.25 mol·L-1·h-1；由氨氣的起始量可以求出甲烷的起始量為1.2mol/L，變化量與氨氣相同，也是0.6mol/L，所以甲烷的平衡轉化率為50%；該溫度下反應②的平衡常數K= 14.58 mol2·L-2。

(3)工業生產中反應②常用鉑作催化劑，甲、乙兩名同學在討論催化劑的選擇，甲同學認為用鉑作催化劑會提高生產成本，應研究出更廉價的催化劑；乙同學認為使用鉑不會明顯提高生產成本。兩種觀點更合理的是乙，原因是生產過程中催化劑不報耗。

(4)以石墨為陽極、鐵板為陰極電解含CN-的堿性廢水，由題意可知，在陽極上CN-被氧化為N2和CO2，陽極的電極反應式為2CN--10e-+8OH-=N2+2CO2+4H2O。為確保CN-被完全處理掉，電解一段時間后，溶液中的離子濃度減小，故其導電性減弱，通常會加入適量氯化鈉固體，以增強溶液的導電能力，提高電解效率。