Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮、硫的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、緩解環(huán)境污染、解決能源危機(jī)等具有重要意義。

(1)已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393．5kJ/mol

②C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172．5kJ/mol

③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H3=-1651．0kJ/mol

CO還原氧化鐵的熱化學(xué)方程式為_____________。

(2)氫硫酸、碳酸均為二元弱酸，其常溫下的電離常數(shù)如下表：

	H2CO3	H2S
Ka1	4.410-7	1.310-7
Ka2	4.710-11	7.110-15

①煤的氣化過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，該反應(yīng)的離子方程式為_______；

②常溫下，0.1mol·L-1 NaHCO3溶液和0.1mol·L-1 NaHS溶液的pH相比，pH較小的為________ 溶液(填化學(xué)式)。

(3)一定條件下，向某恒容密閉容器中充入x mol CO2和y mol H2，發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH (此反應(yīng)在低溫時(shí)為自發(fā)反應(yīng))。

①下圖能表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度T之間的變化關(guān)系曲線為_____(填“a”或“b”)，其判斷依據(jù)是__________。

②若x=2、y=3，測(cè)得在相同時(shí)間內(nèi)不同溫度下H2的轉(zhuǎn)化率如下圖所示，則在該時(shí)間段內(nèi)，恰好達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)與反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng)之比為_____________。

(4)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。

①NH3與NO2生成N2的反應(yīng)中，當(dāng)生成28g N2時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為____mol(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)(裝置如圖1)。反應(yīng)相同時(shí)間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250 ℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是______；當(dāng)反應(yīng)溫度高于380 ℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H=-23.5 kJmol-1 +H2S=+HS－ NaHCO3 a 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)逆向進(jìn)行，會(huì)使平衡常數(shù)減小 17︰25 3.43 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大，催化劑活性下降 NH3與O2反應(yīng)生成了NO或氨氣和氧氣發(fā)生副反應(yīng)

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(2) 根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸原理，電離常數(shù)大的制備電離常數(shù)小的；根據(jù)水解常數(shù)Kb=計(jì)算同濃度時(shí)鹽的pH值；

(3)根據(jù)勒夏特列原理判斷，利用三段式計(jì)算；

(4)根據(jù)氧化還原反應(yīng)計(jì)算。

(1)根據(jù)蓋斯定律，CO還原氧化鐵的熱化學(xué)方程式為Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=1.5 △H1-1.5△H2-0.5△H3=-23.5 kJmol-1。

(2)氫硫酸、碳酸均為二元弱酸，根據(jù)表格可知，硫化氫的第二步電離常數(shù)小于碳酸的第一步電離常數(shù)，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理， ①煤的氣化過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，該反應(yīng)的離子方程式為+H2S=+HS－；

②根據(jù)水解常數(shù)Kb=可知，碳酸的第一步電離常數(shù)大于硫化氫的第一步電離常數(shù)，故碳酸氫根的水解常數(shù)小于硫氫根水解常數(shù)，兩者水解產(chǎn)生氫氧根離子，故常溫下，0.1mol·L-1 NaHCO3溶液和0.1mol·L-1 NaHS溶液的pH相比，pH較小的為NaHCO3溶液。

(3) ①該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)向右進(jìn)行，會(huì)使平衡常數(shù)減小，曲線a符合此特點(diǎn)；

②由圖可知，當(dāng)溫度在T2時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率最高。溫度越高反應(yīng)速率越大，在相同時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)前，H2的轉(zhuǎn)化率最高，但達(dá)到平衡狀態(tài)后繼續(xù)升溫，反應(yīng)會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致H2的轉(zhuǎn)化率降低，由圖知b點(diǎn)為平衡狀態(tài)：

反應(yīng)前 2 3 0

反應(yīng) 0.8 3×80% 0.8

同溫同體積時(shí)，壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量比，故b點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)與反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng)比為34:50=17:25；

(4)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。

①①NH3與NO2生成N2的反應(yīng)方程式為8NH3+6NO2=7N2+12H2O，該反應(yīng)中生成7mol N2時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為24mol，因此生成1mol N2時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為mol=3.43mol；

②在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過(guò)溫度范圍，催化劑活性降低，由圖可知迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使NOx的去除反應(yīng)速率增大；上升階段緩慢主要是溫度上高引起的NOx的去除反應(yīng)速率增大但催化劑活性降低；在一定溫度和催化劑存在的條件下，氨氣能催化氧化生成NO，當(dāng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除反應(yīng)速率下降的原因可能是氨氣在該反應(yīng)條件下與氧氣反應(yīng)生成NO或氨氣和氧氣發(fā)生副反應(yīng)。