Question

【題目】大氣、水體污染的治理是化學工作者研究的重要課題，燃煤的煙道氣和汽車尾氣是造成霧霾天氣污染的原因之一。

(1)用CH4催化還原氮氧化物，已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1= a kJ/mol，欲計算反應CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1)的焓變△H2，則還需要查找某化合反應的焓變△H3，該化合反應中各物質化學計量數之比為最簡整數比時△H3=bkJ/mol，則該化合反應的熱化學方程式為____________________。據此計算出△H2=__________kJ/mol(用含a和b的式子表示)。

(2)汽車尾氣轉化的反應之一：2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=－746.5kJ/mol。在某溫度時，可按下列流程探究某種催化劑作用下的反應速率，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如下表：

請回答下列問題(均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響)：

①前2s內的平均反應速率υ(N2)=______________________________。

②在該溫度下，反應的平衡常數K=___________(只寫出計算結果)。

③對于該可逆反應，通過綜合分析以上信息，至少可以說明___________(填字母)。

A.該反應的反應物混合后很不穩定

B.在催化劑的作用下，該反應一旦發生將在較短的時間內完成

C.該反應體系達到平衡時至少有一種反應物的百分含量較小

D.該反應在一定條件下能自發進行

E.該反應使用催化劑意義不大

(3)通過調節溶液pH，在弱堿性條件下，用漂白粉溶液可將廢水中的CN－轉化為碳酸鹽和N2而除去。寫出該反應的離子方程式為______________________。

(4)廢水中的重金屬離子通常用沉淀法除去。已知Ksp(NiS)=1.1×10－21，Ksp(CuS)=1.3×10－36，國家規定的排放標淮：鎳低于1.1×10－5mol·L－1，銅低于7.8×10－5mol·L－l。則需要控制溶液中S2－的濃度不低于__mol·L－1。

Answer 1

【答案】N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3=bkJ/mol a-2b 1.875×10-4mol/(Ls) 5000 BCD 2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O 1×10-16

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算；

(2) ①根據表格數據先計算出υ(NO)，然后根據速率之比和系數成正比計算出υ(N2)；

②計算出平衡以后各物質的濃度，根據平衡常數計算公式進行計算；

③根據影響化學反應速率的因素進行分析，根據G=H-TS<0反應能夠自發進行進行分析；根據平衡常數定義進行分析；

(3) 漂白粉有效成分為次氯酸鈣，次氯酸根離子具有氧化性，能夠把CN－氧化為碳酸鹽和氮氣，據此寫出反應方程式；

(4)根據 Ni2+達到排放標準時，c(S2-)×c(Ni2+)≤Ksp(NiS)，從而計算出S2-的濃度的最小值。

(1)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=a kJ/mol，

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1) △H2，

根據蓋斯定律可知，1/2[②-①]可得2NO(g)-O2(g)=N2(g)，1/2[△H2-△H1], 根據題意可知，N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3=-1/2[△H2-△H1]=bkJ/mol；△H2=(a-2b)kJ/mol；

綜上所述，本題答案是：N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3=bkJ/mol，a-2b。

(2) ①從表格數據可知前2s內，c(NO)=(10-2.5)×10-4mol/L=7.5×10-4mol/L，υ(NO)=7.5×10-4mol/L /2s=3.75×10-4 mol/(Ls)，根據速率之比和系數成正比可知，前2s內的平均反應速率υ(N2)=1/2υ(NO)= 1.875×10-4mol/(Ls)；

綜上所述，本題答案是：1.875×10-4mol/(Ls)。

②4s以后，反應達到平衡狀態，平衡后各物質濃度分別為：c(NO)=1×10-4mol/L，c(CO)=2.7×10-3 mol/L，c(N2)=0.5×(10-1)×10-4 mol/L =4.5×10-4mol/L，c(CO2)=(10-1) ×10-4 mol/L =9×10-4mol/L，K=c2(CO2)c(N2)/[c2(CO)c2(NO)]=(9×10-4)2×4.5×10-4/[(1×10-4)2×(2.7×10-3 )2]=5000；

綜上所述，本題答案是：5000。

③該反應在催化劑存在時反應速率很快，所以反應一旦發生將在很短的時間內完成，但不能說明NO和CO混合后很不穩定，A項錯誤、B項正確；該反應的化學平衡常數大，所以反應達到平衡時至少有一種反應物的百分含量較小，C項正確；該反應是一個熵減的放熱反應，所以一定條件下能自發進行，D項正確；使用高效催化劑能大大加快化學反應速率，故E項錯誤。

綜上所述，本題選BCD。

(3) 漂白粉有效成分為次氯酸鈣，次氯酸根離子具有氧化性，能夠把CN－氧化為碳酸鹽和氮氣，該反應的離子方程式為2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O；

綜上所述，本題答案是：2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O。

(4) Ni2+達到排放標準時，c(S2-)×c(Ni2+)≤Ksp(NiS)，所以c(S2-)≥Ksp(NiS)÷c(Ni2+)mol/L=1.1×10-21÷(1.1×10-5)mol/L=10-16mol/L，因為Ksp(CuS)遠小于Ksp(NiS)，所以此時Cu2+肯定達到排放標準，則需要控制溶液中S2-的濃度不低于10-16mol/L。

綜上所述，本題答案是：10-16。