Question

【题目】（加试题）烟气(主要污染物SO2、NO、NO2)的大量排放造成严重的大气污染，国内较新研究成果是采用以尿素为还原剂的脱硫脱硝一体化技术。

(1)脱硫总反应：SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)，已知该反应能自发进行，则条件是____(填“高温”、“低温”或“任何温度”)。

(2)电解稀硫酸制备O3(原理如图)，则产生O3的电极反应式为______。

(3)室温下，往恒容的反应器中加入固定物质的量的SO2和NO，通入O3充分混合。反应相同时间后，各组分的物质的量随n(O3)∶n(NO)的变化见上图。

① n(NO2)随n(O3)∶n(NO)的变化先增加后减少，原因是____。

② 臭氧量对反应SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影响不大，试用过渡态理论解释可能原因__。

(4)通过控制变量法研究脱除效率的影响因素得到数据如下图所示，下列说法正确的是____。

A. 烟气在尿素溶液中的反应：v(脱硫)＜v(脱硝)

B. 尿素溶液pH的变化对脱硝效率的影响大于对脱硫效率的影响

C. 强酸性条件下不利于尿素对氮氧化物的脱除

D. pH=7的尿素溶液脱硫效果最佳

(5)尿素的制备：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0。一定条件下，往10 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和1 mol CO2。

① 该反应10 min 后达到平衡，测得容器中气体密度为4.8 g·L－1，平衡常数K=__。

② 上图是该条件下，系统中尿素的物质的量随反应时间的变化趋势，当反应时间达到3min 时，迅速将体系升温，请在图中画出3~10 min 内容器中尿素的物质的量的变化趋势曲线__________。

Answer 1

【答案】低温 3H2O―6e―＝O3＋6H＋ n(O3):n(NO)<1时，NO被O3氧化为NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1,NO2被转化为更高价的物质，所以减少(或NO2发生副反应，所以n(NO2)减少也给分) 该反应的活化能高，反应速率慢 BC 100

达到平衡时尿素的物质的量＜0.5 mol，反应达到平衡的时间在10 min之前

【解析】

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反应为熵减的反应，熵减的反应在低温下有利于自发进行。

（2）用惰性电极电解稀硫酸，H+在阴极得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++e-=H2↑；OH-在阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，则产生O3的电极反应式为：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1时，NO被O3氧化为NO2，所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被转化为更高价的氮氧化物，所以减少。

②臭氧的量对反应SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影响不大，若用过渡态理论解释可能是该反应的活化能高，反应速率慢。

（4）A.由左图可知相同时间内脱硫率大于脱硝率，则v(脱硫)>v(脱硝)，故A错误；

B.由右图可知，随尿素溶液pH的增大，脱硫率的曲线没变化，但脱硝率曲线变化比较大，故尿素溶液pH的变化对脱硝效率的影响大于对脱硫效率的影响，故B正确；

C.如右图所示，pH越大脱除率越高，则强酸性条件下不利于尿素对氮氧化物的脱除，故C正确；

D.如右图所示，溶液的pH对脱硫率没有影响，故D错误。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反应10 min后达到平衡，容器中气体密度为4.8 g·L－1，则容器中气体的质量为4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

变化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

则(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。

②通过①的分析可知，若温度不变，反应10 min后达到平衡，CO(NH2)2的物质的量为0.5mol。由于此反应为放热反应，升高温度，正逆反应速率均增大，达到平衡的时间小于10min，平衡向逆向移动，CO(NH2)2的物质的量为小于0.5mol。据此解答。

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反应为熵减的反应，熵减的反应在低温下有利于自发进行。本小题答案为：低温。

（2）用惰性电极电解稀硫酸，H+在阴极得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++e-=H2↑；OH-在阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，则产生O3的电极反应式为：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。本小题答案为：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1时，NO被O3氧化为NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被转化为更高价的氮氧化物，所以减少。本小题答案为：n(O3):n(NO)<1时，NO被O3氧化为NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被转化为更高价的物质，所以减少。

②臭氧的量对反应SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影响不大，若用过渡态理论解释可能是该反应的活化能高，反应速率慢。本小题答案为：该反应的活化能高，反应速率慢。

（4）A.由左图可知相同时间内脱硫率大于脱硝率，则v(脱硫)>v(脱硝)，故A错误；

B.由右图可知，随尿素溶液pH的增大，脱硫率的曲线没变化，但脱硝率曲线变化比较大，故尿素溶液pH的变化对脱硝效率的影响大于对脱硫效率的影响，故B正确；

C.如右图所示，pH越大脱除率越高，则强酸性条件下不利于尿素对氮氧化物的脱除，故C正确；

D.如右图所示，溶液的pH对脱硫率没有影响，故D错误。答案选BC。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反应10 min后达到平衡，容器中气体密度为4.8 g·L－1，则容器中气体的质量为4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

变化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

则(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。本小题答案为：100。

②通过①的分析可知，若温度不变，反应10 min后达到平衡，CO(NH2)2的物质的量为0.5mol。由于此反应为放热反应，升高温度，正逆反应速率均增大，达到平衡的时间小于10min，平衡向逆向移动，CO(NH2)2的物质的量为小于0.5mol，图像为。本小题答案为：。