Question

15．（1）处理含CO、SO₂烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S．
已知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）?SO₂（g）△H=-296.0kJ•mol¹
此反应的热化学方程式是2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1．
（2）氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体．已知：
CO（g）+NO₂（g）?NO（g）+CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）
若用标准状况下3.36L CO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中转移电子的物质的量为0.3mol，放出的热量为$\frac{3（2a+b）}{80}$kJ（用含有a和b的代数式表示）．
（3）用CH₄催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，则△H₂=-1160KJ/mol．
（4）某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH₄⁺和NH₃•H₂O形式存在，该废水的处理流程中，NH₄⁺在微生物作用的条件下经过两步反应被氧化成NO₃^-．两步反应的能量变化示意如图所示：

1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的热化学方程式是NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ•mol^-1，②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.0KJ•mol^-1，将方程式①×2-②得热化学方程式；
（2）根据盖斯定律求出4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）的反应热，反应中3.36LCO即0.15mol转移0.3mol电子，根据物质的量之比等于热量比求出放出的热量；
（3）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ•mol^-1①
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
将方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₁+△H₂，结合1molCH₄还原NO₂至N₂的整个过程中放出的热量为867kJ计算；
（4）结合图象根据盖斯定律来计算反应的焓变，进而书写热化学方程式．

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.0KJ•mol^-1
将方程式①×2-②得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=（-283.0KJ•mol^-1）×2-（-296.0KJ•mol^-1）=-270KJ•mol^-1，
热化学反应方程式为：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1，
故答案为：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1；
（2）①CO（g）+NO₂（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-a KJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO （g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-b KJ•mol^-1（b＞0）
将方程式①×2+②得4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a） KJ•mol^-1×2+（-b KJ•mol^-1）=-（2a+b）KJ•mol^-1
所以其热化学反应方程式为：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）KJ•mol^-1，
根据方程式知转移电子的物质的量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$×2=0.3mol，放出的热量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$×$\frac{（2a+b）kJ/mol}{4}$=$\frac{3（2a+b）}{80}$kJ，
故答案为：0.3；$\frac{3（2a+b）}{80}$；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ•mol^-1①
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
将方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₁+△H₂，
根据方程式知，1mol CH₄还原NO₂至N₂整个过程中放出的热量为867KJ，所以△H₂=-867KJ/mol×2-（-574KJ/mol）=-1160KJ/mol，
故答案为：-1160KJ/mol；
（4）第一步的热化学方程式为NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）═NO₂^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l），△H=-273KJ/mol，第二步的热化学方程式为：NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）═NO₃^-（aq），△H=-73KJ/mol，根据盖斯定律则NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol，
故答案为：NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

点评 本题综合考查了化学反应与能量变化，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目难度不大，注意把握图象中反应物的总能量与生成物的总能量的关系以及盖斯定律的应用．