Question

【題目】合成氨廠和硝酸廠的煙氣中含有大量的氮氧化物(NOx)，脫硝通常是指將煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)的化學(xué)過程。

（1）選擇性催化還原技術(shù)（SCR）是目前最成熟的脫硝技術(shù)，即在金屬催化劑的作用下，用還原劑（如NH3）選擇性的與NOx反應(yīng)生成N2和H2O。

已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJmol-1

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180kJmol-1

脫硝反應(yīng)：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)的△H=_______kJmol-1

（2）將amolN2和3amolH2通入一密閉容器中在不同的溫度和壓強(qiáng)下發(fā)生反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。測得平衡體系中NH3的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)如圖所示。

①下列可提高氨氣產(chǎn)率的途徑是__________。

A.盡量提高反應(yīng)溫度 B.對原料氣適當(dāng)加壓

C.采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?D.將氨氣液化，不斷移出液氨

②上圖所示平衡體系中當(dāng)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.549和0.429時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1和K2，則K1________K2(填寫“＞”，“＜”或“＝”）。當(dāng)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.600時(shí)，容器的體積為2L，此時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=________。

（3）常溫下，將NO和H2的混合氣體通入Ce(SO4)2與Ce2(SO4)3的混合溶液中其物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程如圖所示，

①反應(yīng)I中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_______。

②寫出該過程的總化學(xué)反應(yīng)方程式_____________________________________。

（4）直接電解吸收也是脫硝的一種方法，先用6%的稀硝酸吸收NOx，會(huì)生成HNO2（一種一元弱酸），再將吸收液導(dǎo)入電解槽中進(jìn)行電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，其電解裝置如圖所示。

①圖中b應(yīng)連接電源的_______(“正極”或“負(fù)極”）。

②陽極的電極反應(yīng)式為___________________。

Answer 1

【答案】 -1805.5 BD > 256/3a2 2:1 2H2+2NON2+2H2O 負(fù)極 H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+

【解析】分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡圖像的分析、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)的分析、電解原理的應(yīng)用。

（1）將兩個(gè)反應(yīng)依次編號(hào)為①式、②式，應(yīng)用應(yīng)用蓋斯定律，①式-②式5消去O2。

（2）采用“定一議二”法分析圖像，得出反應(yīng)N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的特點(diǎn)：正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)。

①根據(jù)勒夏特列原理，判斷改變條件后平衡移動(dòng)的方向。

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度化學(xué)平衡常數(shù)減小。用三段式和化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)。

（3）根據(jù)圖示確定反應(yīng)物和生成物，對照氧化還原反應(yīng)的基本概念、運(yùn)用電子守恒。將反應(yīng)I和反應(yīng)II相加消去過程物質(zhì)得總反應(yīng)方程式。

（4）HNO2轉(zhuǎn)化為HNO3為氧化反應(yīng)，電解時(shí)氧化反應(yīng)在陽極發(fā)生，圖中a為陽極，b為陰極。

詳解：（1）將反應(yīng)編號(hào)，

4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）ΔH=-905.5kJ·mol-1（①式）

N2（g）+O2（g）2NO（g） ΔH=+180kJ·mol-1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式-②式5得，4NH3（g）+6NO（g）5N2（g）+6H2O（g）ΔH=（-905.5kJ/mol）-（+180kJ/mol）5=-1805.5kJ/mol。

（2）根據(jù)圖像，在相同壓強(qiáng)下升高溫度，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

①A項(xiàng)，盡量提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的產(chǎn)率減小；B項(xiàng)，對原料氣適當(dāng)加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的產(chǎn)率增大；C項(xiàng)，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，平衡不移�?dòng)，NH3的產(chǎn)率不變；D項(xiàng)，將NH3液化，不斷移出液氨，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的產(chǎn)率增大；可提高NH3產(chǎn)率的途徑是BD，答案選BD。

②根據(jù)圖像，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.549和0.429時(shí)，壓強(qiáng)相同、溫度分別為400℃和450℃，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，K值減小，K1K2。設(shè)轉(zhuǎn)化N2物質(zhì)的量為xmol，用三段式

N2（g） + 3H2（g） span>2NH3（g）

n（起始）（mol）a 3a 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol）x 3x 2x

n（平衡）（mol）a-x 3a-3x 2x

平衡時(shí)NH3物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.600， =0.600，解得x=0.75a，平衡時(shí)N2、H2、NH3物質(zhì)的量依次為0.25amol、0.75amol、1.5amol，容器的體積為2L，平衡時(shí)N2、H2、NH3物質(zhì)的量濃度依次為0.125amol/L、0.375amol/L、0.75amol/L，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K===。

（3）①根據(jù)圖示，反應(yīng)I為Ce4++H2→Ce3++H+，反應(yīng)中Ce元素的化合價(jià)由+4價(jià)降至+3價(jià)，Ce4+為氧化劑，H元素的化合價(jià)由0價(jià)升至+1價(jià)，H2為還原劑，根據(jù)得失電子守恒，n（Ce4+）=2n（H2），n（Ce4+）：n（H2）=2:1，反應(yīng)I中氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為2:1。

②根據(jù)圖示反應(yīng)I為：2Ce4++H2=2Ce3++2H+，反應(yīng)II為：4Ce3++2NO+4H+=4Ce4++N2+2H2O，將反應(yīng)I和反應(yīng)II相加消去Ce4+、Ce3+，總反應(yīng)為2H2+2NO2H2O+N2。

（4）①根據(jù)題意，電解過程中HNO2轉(zhuǎn)化為HNO3，HNO2被氧化成HNO3，電解時(shí)氧化反應(yīng)在陽極發(fā)生，圖中a為陽極，b為陰極，陰極與外加電源的負(fù)極相連，b應(yīng)連接電源的負(fù)極。

②陽極HNO2失電子生成HNO3，陽極電極反應(yīng)式為：HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+。