Question

【题目】燃煤烟气中含有大量NOx、CO2、CO和SO2，经处理可获得重要的化工原料。

(1)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=－574.0 kJ·mol－1　

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=＋1 160.0 kJ·mol－1　

①反应CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=___________kJ·mol－1。

②若反应中还原NOx至N2，消耗标准状况下4.48L CH4，则反应过程中转移的电子总数为_____。

(2)利用烟气中分离所得的CO2、CO与H2按一定比例混合在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

反应1: CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH1=－99.0 kJ·mol－1

反应2: CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2=＋483.0 kJ·mol－1

反应3: CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH3=＋384.0 kJ·mol－1

反应体系中CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。

①α(CO)随温度升高而减小的原因是____________________。

②图中的p1、p2、p3由大到小的顺序为__________________。

(3)亚氯酸钠(NaClO2)和次氯酸钠(NaClO)混合液作为复合吸收剂可脱除烟气中的NOx、SO2，使其转化为NO3-、SO42-。

①写出NO与NaClO2在碱性环境中反应的离子方程式：________________。

②下图表示在一定条件下温度与复合吸收剂对烟气中SO2、NO脱除效率的关系。图中SO2比NO脱除效率高的原因可能是：____________________。

③从复合吸收剂吸收烟气后的废液中可回收得到NaHSO4，低温电解NaHSO4水溶液可制备工业上常用的强氧化剂Na2S2O8，原理如图所示。电解时电极Ⅰ的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】+293 1.6NA 升高温度时，反应1为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应3为吸热反应，平衡向右移动，又使得CO的量增大 p1>p2>p3 4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O SO2易溶于水，NO难溶于水，吸收剂中SO2浓度明显比NO大 SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=S2O82-+2H+

【解析】

(1)①依据已知的热化学方程式利用盖斯定律解答；

②若反应中还原NOx至N2，消耗标准状况下4.48LCH4，CH4被氧化为CO2，碳元素化合从-4价升高为+4价，可结合甲烷的物质的量，可计算反应中转移电子数目；

(2)①由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率降低，根据升高温度对反应①、③的影响，进行分析CO转化率变化原因；

②相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子式减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大；

(3)①废气中的NO与NaClO2反应，NaClO2具有氧化性，NO具有还原性，发生氧化还原反应，生成NO3-、SO42-，据此写出反应的离子方程式；

②烟气中SO2和NO的水溶性存在明显差异，影响了复合剂对烟气中SO2、NO脱除效率；

③电解池的I极上NaHSO4生成Na2S2O8的过程是氧化过程，说明I极为阳极，据此书写电极反应式。

(1)①已知：(i)CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-574.0 kJ/mol；

(ii). CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=+1160.0 kJ/mol

由盖斯定律[(i)+ (ii)]÷2，整理可得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=+293kJ/mol；

②还原NOx至N2，消耗标准状况下4.48LCH4，n(CH4)=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，根据反应过程中电子转移数目相等，可知在整个过程中转移的电子总数N(e-)=0.2mol×8NA=1.6NA；

(2)①由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，说明反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，则随温度升高，CO的转化率减小；

②相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高，故压强：p1>p2>p3；

(3)①废气中的NO与NaClO2反应，NaClO2具有氧化性，NO具有还原性，发生氧化还原反应，生成NO3-、SO42-，则此反应的离子方程式为4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O；

②SO2易溶于水，而NO难溶于水，导致吸收剂中SO2浓度明显比NO大，则SO2比NO脱除效率高；

③I极上NaHSO4失电子发生氧化反应生成Na2S2O8的电极反应式为SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=S2O82-+2H+。