Question

【题目】环境问题已经成为世界上越来越重要的议题，其中大气污染主要有硫的氧化物和氮的氧化物，工业生产是其原因之一，同时工业上通常也用下列方法来治理污染。

（1）烟气中含有SO2等大量有害的物质，烟气除硫的方法有多种，其中石灰石法烟气除硫工艺的主要反应如下：

Ⅰ．CaCO3（s）= CO2（g）+CaO（s） △H=+178.2kJ/mol

Ⅱ．SO2（g）+CaO（s）=CaSO3（s） △H=﹣402kJ/mol

Ⅲ.2CaSO3（s）+O2（g）+4H2O（l）=2[CaSO42H2O]（s） △H=﹣234.2kJ/mol

试写出由石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的热化学方程式 ．

（2）用NH3还原NOx生成N2和H2O。现有NO、NO2的混合气体3 L，可用同温同压下3.5 L的NH3恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为 。

（3）氨催化氧化是硝酸工业的基础，反应原理为：4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）实际生产中，还会发生此反应：4NH3+3O2N2+6H2O，在1L的密闭容器中加入l mol NH3和1.5mol O2的反应过程中，有关温度与各物质的量关系如图1所示：

①已知400℃时，混合气体中NH3、N2、NO的物质的量比为5：6：3，则图象中x= 。

②NH3生成N2的反应属于 （填“吸热反应”或“放热反应”），温度高于840℃后，各物质的物质的量发生如图所示变化的原因可能是 。

（4）电化学降解治理水中硝酸盐污染。在酸性条件下，电化学降解NO的原理如图2所示，阴极反应式为 。假设降解前两极溶液质量相等，当电路中有2mol电子通过时，此时两极溶液质量的差值为 g。

Answer 1

【答案】（1）2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O（l）2[CaSO4.2H2O]（s）+2CO2（g） △H=﹣681.8kJ/mol ；（2）1：3；（3）①0.3；②放热反应；氨气高温分解生成氮气和氢气，使氨气氧化生成NO的平衡向左移动或氨气高温分解生成氮气和氢气或NO高温分解生成氮气和氧气或氨气和NO反应生成氮气和水等使NO快速减少N2增加；（4）NO＋12 H+＋10e－＝N2↑＋6H2O；14.4。

【解析】

试题分析：（1）I×2＋II×2＋III得出：2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O（l）2[CaSO4.2H2O]（s）+2CO2（g） △H=﹣681.8kJ/mol ；（2）同温同压下，体积比等于物质的量之比，设NO的物质的量xmol，则NO2的物质的量为（3－x）mol，根据得失电子数目守恒，因此有3.5×3=2x＋（3－x）×4，解得x=0.75，两者的比值为：0.75：2.25=1：3；（3）①令400℃时，NH3、N2、NO的物质的量分别是5x、6x、3x，则有1－3x－12x=5x，解得x=1/20mol，因此N2的物质的量为6/20mol=0.3mol；②400℃时，副反应达到平衡，随着温度的升高，N2的物质的量降低，说明平衡向逆反应方向进行，正反应方向是放热反应；氨气高温分解生成氮气和氢气，使氨气氧化生成NO的平衡向左移动或氨气高温分解生成氮气和氢气或NO高温分解生成氮气和氧气或氨气和NO反应生成氮气和水等使NO快速减少N2增加；（4）阴极是得电子过程，化合价降低，因此Ag－Pt为阴极，其电极反应式为： NO3－＋12 H＋＋10e－＝N2↑＋6H2O；阳极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，通过2mol电子产生氧气的质量为2×32/4g=16g，产生n（H＋）=2mol，，阴极反应式为NO3－＋12 H＋＋10e－＝N2↑＋6H2O，通过2mol电子产生m（N2）=2×28/10mol=5.6mol，因此两溶液质量差为（16＋2－5.6＋2）g=14.4g。