Question

【题目】清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。

Ⅰ. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇，有关化学反应如下：

反应A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1

反应B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1

⑴ 写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式： __________________。

⑵ 反应A可自发进行的温度条件是________(填“低温”或“高温”) 。

⑶ 写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。

⑷ 在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示（选择性：转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

温度对反应的影响 压强对反应的影响

① 由上图可知，影响产物选择性的外界条件是______。

A. 温度 B. 压强 C. 催化剂

② 如图中M点温度为250℃，CO2的平衡转化率为25%，该温度下反应B的平衡常数为________________（用分数表示）。

Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度，阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。

⑸ 阳极反应式为__________________________________。

⑹ 除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1 低温 增大压强，适当降温，及时分离出产物（H2O或CH3OH） AB 1/60 2Cl――2e―＝ Cl2↑ 2NH4++3Cl2＝ 8H++N2↑+6Cl―

【解析】

(1)根据盖斯定律分析解答；

(2)反应能自发进行，需要满足△H-T△S＜0；

(3)提高甲醇的产率，应使平衡正向移动，结合方程式的特点判断；

(4)①根据温度和压强对反应的影响曲线图结合反应的方程式分析判断；②在Cu-ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，250℃时，反应A和B达到平衡，平衡时容器体积为VL，CO2转化率为25%，根据温度对反应的影响曲线可知，CH3OH和CO选择性均为50%，结合方程式利用三段式结合平衡常数表达式分析计算；

(5)阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气；

(6)氯气具有氧化性，铵根离子中氮是-3价，具有还原性，二者能够发生氧化还原反应，据此书写反应的离子方程式。

Ⅰ.(1)反应A：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1，反应B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1，根据盖斯定律，将A-B得：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝(－49.6kJ·mol-1)-(＋41kJ·mol-1)=－90.6kJ·mol-1，故答案为：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1；

(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，△H＜0，△S＜0，如反应能自发进行，应满足△H-T△S＜0，低温下即可进行，故答案为：低温；

(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，由化学计量数可知，增大压强，平衡正向移动；正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动；及时分离出产物(H2O或CH3OH)，平衡也正向移动，这些措施均有利于提高甲醇的产率，故答案为：增大压强，适当降温，及时分离出产物(H2O或CH3OH)；

(4)① 根据温度和压强对反应的影响曲线图可知，反应A为放热反应，反应B为吸热反应，改变温度，平衡一定移动，说明温度影响产物的选择性；增大压强，反应A正向移动，甲醇的产率增大，说明压强影响产物的选择性，因此温度和压强对产物的选择性均有影响，加入催化剂，平衡不移动，不会影响产物的选择性，故答案为：AB；

②在Cu-ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，250℃时，反应A和B达到平衡，平衡时容器体积为VL，CO2转化率为25%，根据温度对反应的影响曲线可知，CH3OH和CO选择性均为50%，由方程式可知，消耗的二氧化碳的物质的量n(CO2)=×25%mol=mol，剩余二氧化碳的物质的量为mol，生成CH3OH和CO共mol，分别为mol，生成n(H2O)=mol，两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol，则剩余氢气的物质的量为mol-mol=mol，则反应B的平衡常数K===，故答案为：；

Ⅱ.(5)阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；

(6)氯气具有氧化性，铵根离子中氮是-3价，具有还原性，能够被氯气氧化成氮气，氯气得电子生成-1价的氯离子，反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-，故答案为：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。