Question

【题目】研究发现，含Pm2.5的雾霾主要成分有CO2、SO2、NOx、CxHy及可吸入颗粒等。为减少雾霾要进行脱硝、脱硫、脱碳，请回答下列问题：

(1)脱硝。为消除NOx对环境的污染，利用NH3在一定条件下与NO反应生成无污染气体。

已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=－905kJ/mol

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

①NH3(g)与NO(g)在一定条件下反应的热化学方程式为：______________________。

②下图是①中反应过程中NH3的体积分数随X变化的示意图，X代表的物理量可能是___________，原因是___________。

(2)脱硫。下图电解装置可将雾霾中的SO2、NO转化为(NH4)2SO4。

①装置中发生反应的化学方程式为___________。

②阴极的电极反应式是___________。

③某种脱硫工艺中将废气处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物，可作为化肥。硫酸铵和硝酸铵的水溶液pH<7，其原因用离子方程式表示为___________；常温下，在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c(Na+)___________c(NO3-)(填写“>”“=”或“<”)。

(3)脱碳。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H 取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1：3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如下图所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H=___________0(填“>”“<”或“=”)。请解释b比a纵坐标大的原因___________。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H= -1805 kJ/mol 温度或压强 因为该反应是放热及体积增大的可逆反应，升高温度或增大压强，平衡均逆向移动，使NH3的体积分数增大 5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+ 4H2SO4 NO+5e-+6H+=NH4＋+H2O NH4++H2ONH3·H2O+H+ ＜ ＜ 由图可知a、b均未达到平衡状态，随温度升高，反应速率加快，即v(b)＞v(a)，在相同时间内，b生成的甲醇多，体积分数大

【解析】

(1)①根据盖斯定律，将两个热化学方程式叠加，就可得到相应反应的热化学方程式；

②根据该反应的正反应是放热反应，且是体积增大的可逆反应，利用温度、压强对平衡的影响分析；

(2)①SO2失电子形成硫酸；

②NO得电子生成铵根；

③溶液中铵根离子水解显示酸性，硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液溶液的pH=7，则反应后溶液中氢离子和氢氧根离子浓度相等，根据电荷守恒来判断；

(3)根据图象分析，甲醇含量随温度变化的曲线特征，开始反应进行，平衡后，升温平衡逆向进行，根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答，a、b两点均为平衡状态，温度升高，反应速率加快，产物甲醇的体积分数会增大。

(1)①已知a：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H=-905kJ/mol

b：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=180kJ/mol

依据盖斯定律，b×5，整理可得热化学方程式合并计算：Ⅰ×5+Ⅱ得到：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=-1805kJ/mol，

②该反应的正反应是气体体积增大的放热反应，升高温度或增大压强，平衡均逆向移动，从而使NH3的体积分数增大；

(2)①SO2中的S元素化合价为+4价，在反应中失电子变为+6价的硫酸，反应方程式：5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4；

②在阴极上NO得电子生成NH4+，电极反应式为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O；

③硫酸铵和硝酸铵都是强酸弱碱盐，在水溶液中NH4+发生水解反应，消耗水电离产生的OH-，当最终达到平衡时，溶液中c(H+)>c(OH-)，所以溶液的pH＜7，其原因用离子方程式表示为NH4++H2ONH3H2O+H+，常温下，向一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的氨水溶液，使溶液的pH=7，则c(H+)=c(OH-)，由于溶液中存在电荷守恒，所以c(H+)+c(NH4+)+c(Na+)=c(NO3-)+c(OH-)，而c(H+)=c(OH-)，因此c(NH4+)+c(Na+)=c(NO3-)，所以c(Na+)<c(NO3-)；

(3)根据图象分析知道：在温度不很高时，升高温度，更多的反应物转化为甲醇，甲醇的含量增大，当反应达到平衡后，再温度升高，甲醇的体积分数φ(CH3OH)减小，说明是个温度，化学平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，因此该反应的正反应是放热反应，属于△H＜0；另外图中a、b均是未达到平衡状态，由于温度b>a，温度越高，化学反应速率加快，所以v(b)＞v(a)；在相同时间内，速率越快，产生的甲醇就越多，由于v(b)＞v(a)，所以b生成的甲醇多，甲醇的体积分数大，即比a纵坐标大。