Question

【题目】氮、硫及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。回答下列问题：

（1）有人设想利用CO还原SO2。已知S和CO的燃烧热分别是296.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，请写出CO还原SO2的生成CO2和S(s)热化学方程式___________________________________。

（2）某科研小组研究臭氧氧化碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺，氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下：

反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

已知该体系中臭氧发生分解反应：2O3(g)3O2(g)。请回答：

其它条件不变，每次向容积为2 L的反应器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模拟烟气和4.0 mol O3，改变温度，反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示：

①由图1可知相同温度下NO的转化率远高于SO2，结合题中数据分析其可能原因_______。

②下列说法正确的是________。

A．Q点一定为平衡状态点

B．温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零

C．其它条件不变，若扩大反应器的容积可提高NO和SO2的转化率

D．臭氧氧化过程不能有效地脱除SO2，但后续步骤碱吸收可以有效脱硫

③假设100℃时P、Q均为平衡点，此时反应时间为5min，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，则体系中剩余O3的物质的量是________mol；SO2的平均反应速率为________；反应Ⅰ在此时的平衡常数为_______________。

（3）以连二硫酸根(S2O42－)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

①ab是_______离子交换膜（填“阳”或“阴”）。阴极区的电极反应式为_____________。

②若NO吸收转化后的产物为NH4+，通电过程中吸收4.48LNO（标况下），则阳极可以产生____mol气体。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s) ΔH＝－270 kJ·mol1 反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应 BD 1.4 0.06mol/(L·min) 8 阳 2SO32+4H++2e＝S2O42+2H2O 0.25

【解析】分析：（1）利用燃烧热借助于盖斯定律解答；

（2）①根据活化能对反应速率的影响分析；

②根据反应原理结合图像曲线变化分析判断；

③根据方程式结合有关概念计算；

（3）①根据电解产物结合离子的移动方向判断；

②根据电子得失守恒计算。

详解：（1）已知S和CO的燃烧热分别是296.0kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1，则

①S(s)+O2(g)＝SO2(g)ΔH＝－296.0kJ·mol-1

②CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g)ΔH＝－283.0kJ·mol-1

根据盖斯定律可知②×2－①即得到CO还原SO2的热化学方程式2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s)ΔH＝－270kJ·mol-1。

（2）①反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应，因此相同温度下NO的转化率远高于SO2；

②A．随着反应的进行，反应物的转化率逐渐增大，因此Q点不一定为平衡状态点，可能是建立平衡过程中的一个点，A错误；B．根据图像，温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零，B正确；C．根据2O3(g)3O2(g)可知其它条件不变，若扩大反应器的容积，压强减小，平衡正向移动，使得臭氧的浓度减小，氧气浓度增大，反应I和反应II的平衡逆向移动，NO和SO2的转化率减小，C错误；D．根据图像，臭氧氧化过程中二氧化硫的转化率较低，不能有效地脱除SO2，二氧化硫是碱性氧化物，能够被氢氧化钠溶液吸收，D正确；答案选BD；

③假设100℃时P、Q均为平衡点，此时反应时间为5min，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，发生分解反应的臭氧为4mol×10%＝0.4mol，根据反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)，平衡时NO的转化率为80%，反应的臭氧为2mol×80%＝1.6mol；反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)，平衡时二氧化硫的转化率为30%，反应的臭氧为2mol×30%＝0.60mol；最终剩余臭氧4mol-0.4mol-1.60mol-0.60mol＝1.4mol；5min内SO2的平均反应速率=＝0.06mol/(L·min)；平衡时NO、O3、NO2、O2的物质的量分别为0.4mol、1.4mol、1.6mol、0.4mol×+1.6mol+0.6mol＝2.8mol，反应Ⅰ在此时的平衡常数＝＝8；

（3）①由图可知，阴极区通入液体主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以阴极区电极反应式为2SO32-+4H++2e-＝S2O42-+2H2O，由于阴极需要消耗氢离子，则ab是阳离子交换膜；②4.48LNO（标况下）的物质的量是0.2mol，由于NO吸收转化后的产物为NH4+，则电路中转移1mol电子；阳极氢氧根放电产生氧气，需要氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol。