Question

【題目】高爐煤氣是煉鐵廠排放的尾氣，含有H2、N2、CO、CO2及O2,其中N2約為55%、CO約為25%、CO2約為15%、O2約為1.64%(均為體積分數)。某科研小組對尾氣的應用展開研究：

(1)直接作燃料

已知：C(s)+O2(g)CO2 (g) ΔH=-393.5kJ/mol

2C(s)+O2(g)2CO (g) ΔH=-221kJ/mol

CO燃燒熱的熱化學方程式為__________。

(2)生產合成氨的原料

高爐煤氣經過下列步驟可轉化為合成氨的原料氣：

在脫氧過程中僅吸收了O2，交換過程中發生的反應如下，這兩個反應均為吸熱反應：

CO2+CH4CO+H2(未配平) CO+H2OCO2+ H2

①氣體通過微波催化交換爐需要較高溫度，試根據該反應特征，解釋采用較高溫度的原因____________________________________________。

②通過銅催化交換爐后,所得氣體中V(H2)：V(N2)=__________。

(3)合成氨后的氣體應用研究

①氨氣可用于生產硝酸，該過程中會產生大氣污染物NOx。為了研究對NOx的治理，該科研小組在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2，發生如下反應：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH<0。10min時反應達平衡,測得10min內v(ClNO)=7.5×10-3mol/(L·min)，則平衡后n(Cl2)=__________mol。設此時NO的轉化率為α1，若其它條件不變，上述反應在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率為α2，則α1__________α2 (填“>”、“<”或“=”)；平衡常數K__________(填增大”“減小 ”或“不變”)

②氨氣還可用于制備NCl3，NCl3發生水解產物之一具有強氧化性，該水解產物能將稀鹽酸中的NaClO2氧化成ClO2，該反應的離子方程式為__________。

Answer 1

【答案】CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=—283kJ/mol 該反應是吸熱且熵增的反應，只有在較高溫度下ΔG=ΔH-TΔS 才有可能小于0，反應才有利于自發進行 88.36：55(或1.61：1或8：5) 0.025 < 不變 HClO+2ClO2-+H+=2ClO2+Cl-+H2O

【解析】

(1)①C(s)+O2(g)=CO2 (g) ΔH=-393.5kJ/mol ②2C(s)+O2(g)2CO (g) ΔH=-221kJ/mol根據蓋斯定律，將(①×2-②)÷2，整理可得：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=—283kJ/mol；

(2)①該反應是吸熱反應，且屬于熵增的反應，只有在較高溫度下△G=△H-T△S才有可能小于0，反應才有利于自發進行，因此氣體通過微波催化交換爐需要較高溫度；

②含有H2、N2、CO、CO2及O2，其中N2約為55%、CO約為25%、CO2約為15%、O2約為1.64%，則H2約為1-55%-25%-15%-1.64%=3.36%，假設氣體總量為100mol，經過脫氧后含有55mol N2，25molCO、15molCO2、3.36molH2，經過CO2+CH4 2CO+2H2，反應后氣體中含有55mol N2，(25+15×2)molCO、(15×2+3.36)molH2，再經過CO+H2OCO2+H2反應后，氣體中含有55mol N2，(25+15×2)molCO2、(25+15×2+15×2+3.36)molH2，因此V(H2)：V(N2)=n(H2)：n(N2)=(25+15×2+15×2+3.36)mol：55mol=88.36：55=8：5；

(3)①10min內v(ClNO)=7.5×10-3mol/（Lmin），則平衡是c(ClNO)=7.5×10-3mol/(Lmin)×10min=0.075 mol/L，n(ClNO)=0.075 mol/L×2L=0.15mol，根據2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)，反應的氯氣為0.075mol，則平衡后n(Cl2)=0.1mol-0.075mol=0.025mol，由于該反應為氣體體積減小的反應，若反應在恒壓條件下進行，相當于平衡時增大壓強，平衡正向移動，NO的轉化率增大，即α1＜α2；溫度不變，平衡常數K不變；

②NCl3中Cl元素為+1價，NCl3發生水解產物之一具有強氧化性，為次氯酸，次氯酸能將稀鹽酸中的NaClO2氧化成ClO2，反應的離子方程式為：HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O。