Question

【題目】氮、硫及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用。回答下列問題：

（1）有人設(shè)想利用CO還原SO2。已知S和CO的燃燒熱分別是296.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，請寫出CO還原SO2的生成CO2和S(s)熱化學(xué)方程式___________________________________。

（2）某科研小組研究臭氧氧化堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應(yīng)原理及反應(yīng)熱、活化能數(shù)據(jù)如下：

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

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

已知該體系中臭氧發(fā)生分解反應(yīng)：2O3(g)3O2(g)。請回答：

其它條件不變，每次向容積為2 L的反應(yīng)器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模擬煙氣和4.0 mol O3，改變溫度，反應(yīng)相同時間t后體系中NO和SO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示：

①由圖1可知相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2，結(jié)合題中數(shù)據(jù)分析其可能原因_______。

②下列說法正確的是________。

A．Q點(diǎn)一定為平衡狀態(tài)點(diǎn)

B．溫度高于200℃后，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零

C．其它條件不變，若擴(kuò)大反應(yīng)器的容積可提高NO和SO2的轉(zhuǎn)化率

D．臭氧氧化過程不能有效地脫除SO2，但后續(xù)步驟堿吸收可以有效脫硫

③假設(shè)100℃時P、Q均為平衡點(diǎn)，此時反應(yīng)時間為5min，發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧占充入臭氧總量的10%，則體系中剩余O3的物質(zhì)的量是________mol；SO2的平均反應(yīng)速率為________；反應(yīng)Ⅰ在此時的平衡常數(shù)為_______________。

（3）以連二硫酸根(S2O42－)為媒介，使用間接電化學(xué)法也可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

①ab是_______離子交換膜（填“陽”或“陰”）。陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為_____________。

②若NO吸收轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物為NH4+，通電過程中吸收4.48LNO（標(biāo)況下），則陽極可以產(chǎn)生____mol氣體。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s) ΔH＝－270 kJ·mol1 反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng) BD 1.4 0.06mol/(L·min) 8 陽 2SO32+4H++2e＝S2O42+2H2O 0.25

【解析】分析：（1）利用燃燒熱借助于蓋斯定律解答；

（2）①根據(jù)活化能對反應(yīng)速率的影響分析；

②根據(jù)反應(yīng)原理結(jié)合圖像曲線變化分析判斷；

③根據(jù)方程式結(jié)合有關(guān)概念計(jì)算；

（3）①根據(jù)電解產(chǎn)物結(jié)合離子的移動方向判斷；

②根據(jù)電子得失守恒計(jì)算。

詳解：（1）已知S和CO的燃燒熱分別是296.0kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1，則

①S(s)+O2(g)＝SO2(g)ΔH＝－296.0kJ·mol-1

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

根據(jù)蓋斯定律可知②×2－①即得到CO還原SO2的熱化學(xué)方程式2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s)ΔH＝－270kJ·mol-1。

（2）①反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng)，因此相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2；

②A．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率逐漸增大，因此Q點(diǎn)不一定為平衡狀態(tài)點(diǎn)，可能是建立平衡過程中的一個點(diǎn)，A錯誤；B．根據(jù)圖像，溫度高于200℃后，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零，B正確；C．根據(jù)2O3(g)3O2(g)可知其它條件不變，若擴(kuò)大反應(yīng)器的容積，壓強(qiáng)減小，平衡正向移動，使得臭氧的濃度減小，氧氣濃度增大，反應(yīng)I和反應(yīng)II的平衡逆向移動，NO和SO2的轉(zhuǎn)化率減小，C錯誤；D．根據(jù)圖像，臭氧氧化過程中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率較低，不能有效地脫除SO2，二氧化硫是堿性氧化物，能夠被氫氧化鈉溶液吸收，D正確；答案選BD；

③假設(shè)100℃時P、Q均為平衡點(diǎn)，此時反應(yīng)時間為5min，發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧占充入臭氧總量的10%，發(fā)生分解反應(yīng)的臭氧為4mol×10%＝0.4mol，根據(jù)反應(yīng)Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)的臭氧為2mol×80%＝1.6mol；反應(yīng)Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)，平衡時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為30%，反應(yīng)的臭氧為2mol×30%＝0.60mol；最終剩余臭氧4mol-0.4mol-1.60mol-0.60mol＝1.4mol；5min內(nèi)SO2的平均反應(yīng)速率=＝0.06mol/(L·min)；平衡時NO、O3、NO2、O2的物質(zhì)的量分別為0.4mol、1.4mol、1.6mol、0.4mol×+1.6mol+0.6mol＝2.8mol，反應(yīng)Ⅰ在此時的平衡常數(shù)＝＝8；

（3）①由圖可知，陰極區(qū)通入液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以陰極區(qū)電極反應(yīng)式為2SO32-+4H++2e-＝S2O42-+2H2O，由于陰極需要消耗氫離子，則ab是陽離子交換膜；②4.48LNO（標(biāo)況下）的物質(zhì)的量是0.2mol，由于NO吸收轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物為NH4+，則電路中轉(zhuǎn)移1mol電子；陽極氫氧根放電產(chǎn)生氧氣，需要氧氣的物質(zhì)的量是1mol÷4＝0.25mol。