Question

【題目】隨著科技的進(jìn)步，合理利用資源、保護(hù)環(huán)境成為當(dāng)今社會關(guān)注的焦點(diǎn)

（1）氨氮是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮（用NH3表示）轉(zhuǎn)化為氮?dú)獬�去，其相關(guān)反應(yīng)的主要熱化學(xué)方程式如下：

反應(yīng)①：NH3（aq）+HClO（aq）= NH2Cl（aq）+H2O（l）△H1= akJmol﹣1

反應(yīng)②：NH2Cl（aq）+HClO（aq）= NHCl2（aq）+H2O（I）△H2= bkJmol﹣1

反應(yīng)③：2NHCl2（aq）+H2O（l）= N2（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H3= ckJmol﹣1

① 2NH3（aq）+3HClO（aq）= N2（g）+3H2O（I）+3HCl（aq）的△H=______。

② 溶液pH對次氯酸鈉去除氨氮有較大的影響（如圖1所示）。在pH較低時(shí)溶液中有無色無味的氣體生成，氨氮去除效率較低，其原因是_________________。

③ 用電化學(xué)法也可以去除廢水中氨氮．在蒸餾水中加入硫酸銨用惰性電極直接電解發(fā)現(xiàn)氨氮去除效率極低，但在溶液中再加入一定量的氯化鈉后，去除效率可以大大提高。反應(yīng)裝置如圖2所示，b為電極__極，電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為_____________。

（2）“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題。

① 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如右圖所示。250～300 ℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________。

② 為了提高該反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____________。（寫一條即可）

Answer 1

【答案】(2a+2b+c)kJmol﹣1HCl與NaClO反應(yīng)生成HClO，HClO分解生成O2，與氨氮反應(yīng)的HClO減少正極2H2O+2NH4++2e-=2NH3H2O+H2↑ 或 2H++2e-=H2↑溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度

【解析】試題分析：以資源合理利用、環(huán)境保護(hù)為載體，考查蓋斯定律的應(yīng)用、電解原理、溶液的酸堿性對化學(xué)反應(yīng)的影響、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等知識，考查學(xué)生的讀圖能力和對圖標(biāo)的分析能力。

解析：（1）①根據(jù)蓋斯定律，待計(jì)算的反應(yīng)=2×①+2×②+③，所以反應(yīng)的△H=(2a+2b+c)kJmol-1 。答案：(2a+2b+c)kJmol-1 。

②從圖中可以看出，溶液pH較小時(shí)，次氯酸鈉對氨氮去除率下降，而此時(shí)溶液中c(HClO)應(yīng)當(dāng)較pH大時(shí)更高，所以溶液中HClO一定參與了其它反應(yīng)，結(jié)合溶液的組成及HClO的性質(zhì)，HClO可能分解也可能與HCl反應(yīng)生成Cl2，題目中已經(jīng)說明“有無色無味的氣體生成”，則應(yīng)當(dāng)是HClO的分解。答案：HCl與NaClO反應(yīng)生成HClO，HClO分解生成O2，與氨氮反應(yīng)的HClO減少。

③用惰性電極直接電解硫酸銨溶液相當(dāng)于電解水，兩極分別生成H2和O2，溶液中的氨氮不會直接消耗，也不會與產(chǎn)生的H2或O2反應(yīng)，所以效率一定很差。加入NaCl后，電解仍然無法直接消耗氨氮，但是生成的氯氣可以轉(zhuǎn)變成HClO從而去除氨氮，因此Cl氣必須從溶液下方產(chǎn)生，然后因此水充分接觸得到HClO。所以a為電源負(fù)極，b為正極，陰極反應(yīng)為2H++2e-=H2↑，溶液中H+主要來源于NH4+水解，則電極反應(yīng)無也可以認(rèn)為是NH4+和H2O。答案：正極 2H2O+2NH4++2e-=2NH3H2O+H2↑ 或 2H++2e-=H2↑

(2) ①讀圖可知，250～300 ℃時(shí)，不但乙酸的生成速率較低，而且催化劑的催化效率也很低，在其他條件不變的情況下，產(chǎn)生乙酸生成速率降低的原因是催化劑催化效率降低。答案：溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低

②轉(zhuǎn)化反應(yīng)為CO2(g)+CH4(g)→CH3COOH(g)，提高CO2的轉(zhuǎn)化率可以是其他條件不變時(shí)設(shè)法使化學(xué)平衡正向移動，此處只能是加壓。而若單從提高CO2轉(zhuǎn)化率角度看，加入過量的CH4也可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。答案： 增大反應(yīng)體系壓強(qiáng)或充入更多的CH4。