Question

【題目】國家實施“青山綠水工程”，大力研究脫硝和脫硫技術(shù)。

（1）H2在催化劑作用下可將NO還原為N2。如圖是該反應(yīng)生成1 mol水蒸氣的能量變化示意圖。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式__________。

（2）2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程如下：

反應(yīng)Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快) ΔH1＜0，v1正＝k1正·c2(NO)、v1逆＝k1逆·c(N2O2)；

反應(yīng)Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g）（慢）ΔH2＜0，v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)、v2逆＝k2逆·c2(NO2)。

①一定條件下，反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K＝___________（用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代數(shù)式表示）。反應(yīng)Ⅰ的活化能EⅠ___________（填“>”“<”或“＝”）反應(yīng)Ⅱ的活化能EⅡ。

②已知反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù)__________（填“大于”“小于”或“等于”）k2逆增大的倍數(shù)。

（3）我國科學(xué)家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發(fā)生反應(yīng)：H2S＋O2=H2O2＋S↓。

①裝置中H＋向_______池遷移。

②乙池溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_______。

（4）廢水處理時，通H2S(或加S2－)能使某些金屬離子生成極難溶的硫化物而除去。25 ℃，某廢液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，調(diào)節(jié)廢液的pH使Mn2＋開始沉淀為MnS時，廢液中c(H2S)＝0.1 mol·L－1，此時pH約為_______（已知：Ksp（MnS）＝5.0×10－14，H2S的電離常數(shù)：Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15，lg 6＝0.8）。

Answer 1

【答案】2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝2(E1－E2)kJ·mol－1 或2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－2(E2－E1)kJ·mol－1或H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1或H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol－1 ＜ 小于 甲 H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋ 5.2

【解析】

(1)根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)熱=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能，再根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫解答；

(2)①2NO(g)N2O2(g)①；②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)②，根據(jù)蓋斯定律，①+②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，平衡常數(shù)K=，由反應(yīng)達平衡狀態(tài)，所以v1正=v1逆、v2正=v2逆，所以v1正×v2正=v1逆×v2逆；因為決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)②，所以反應(yīng)①的活化能E1遠小于反應(yīng)②的活化能E2；

②根據(jù)應(yīng)②為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向著逆向移動分析；

(3)①原電池中陽離子移向正極；

②在乙池中，硫化氫失電子生成硫單質(zhì)，碘單質(zhì)得電子生成I－，據(jù)物質(zhì)的變化確定發(fā)生的反應(yīng)；

(4)當Qc=Ksp(MnS)時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結(jié)合Ka1×Ka2==1.5×10-7×6.0×10-15=9.0×10-22計算出c(H+)，然后可計算出溶液的pH。

(1)正反應(yīng)活化能為E3－E2 ，逆反應(yīng)活化能為E3－E1；生成1 mol水蒸氣，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為ΔH＝(E3－E2)－(E3－E1)＝(E1－E2)kJ·mol－1，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1或為2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝2(E1－E2) kJ·mol－1；

(2)①Ⅰ：2NO(g) N2O2(g)(快)；v1正＝k1正·c2(NO)；v1逆＝k1逆·c(N2O2) ΔH1＜0；

Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g)(慢)；v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)；v2逆＝k2逆·c2(NO2)　ΔH2＜0；由反應(yīng)達平衡狀態(tài)，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正·c2(NO)×k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)× k2逆·c2(NO2)，則有K＝＝；因為決定2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)速率的是反應(yīng)Ⅱ，所以反應(yīng)Ⅰ的活化能EⅠ遠小于反應(yīng)Ⅱ的活化能EⅡ；

②k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù)小于k2逆增大的倍數(shù)；

(3)①從示意圖中看出，電子流向碳棒一極，該極為正極，氫離子從乙池移向甲池；

②乙池溶液中，硫化氫與I3-發(fā)生氧化還原反應(yīng)：硫化氫失電子變?yōu)榱騿钨|(zhì)，I3-得電子變?yōu)?/span>I－，離子反應(yīng)為H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋；

(4)25 ℃，某廢液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，調(diào)節(jié)廢液的pH使Mn2＋開始沉淀為MnS時，c(S2－)＝＝＝2.5×10－12 mol·L－1，＝Ka1×Ka2，c(H＋)＝＝＝6×10－6 mol·L－1，pH＝5.2。