Question

【題目】燃煤煙氣中含有大量NOx、CO2、CO和SO2，經處理可獲得重要的化工原料。

(1)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=－574.0 kJ·mol－1　

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=＋1 160.0 kJ·mol－1　

①反應CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=___________kJ·mol－1。

②若反應中還原NOx至N2，消耗標準狀況下4.48L CH4，則反應過程中轉移的電子總數為_____。

(2)利用煙氣中分離所得的CO2、CO與H2按一定比例混合在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主要反應如下：

反應1: CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH1=－99.0 kJ·mol－1

反應2: CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2=＋483.0 kJ·mol－1

反應3: CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH3=＋384.0 kJ·mol－1

反應體系中CO平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖所示。

①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是____________________。

②圖中的p1、p2、p3由大到小的順序為__________________。

(3)亞氯酸鈉(NaClO2)和次氯酸鈉(NaClO)混合液作為復合吸收劑可脫除煙氣中的NOx、SO2，使其轉化為NO3-、SO42-。

①寫出NO與NaClO2在堿性環境中反應的離子方程式：________________。

②下圖表示在一定條件下溫度與復合吸收劑對煙氣中SO2、NO脫除效率的關系。圖中SO2比NO脫除效率高的原因可能是：____________________。

③從復合吸收劑吸收煙氣后的廢液中可回收得到NaHSO4，低溫電解NaHSO4水溶液可制備工業上常用的強氧化劑Na2S2O8，原理如圖所示。電解時電極Ⅰ的電極反應式為______________。

Answer 1

【答案】+293 1.6NA 升高溫度時，反應1為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應3為吸熱反應，平衡向右移動，又使得CO的量增大 p1>p2>p3 4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O SO2易溶于水，NO難溶于水，吸收劑中SO2濃度明顯比NO大 SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=S2O82-+2H+

【解析】

(1)①依據已知的熱化學方程式利用蓋斯定律解答；

②若反應中還原NOx至N2，消耗標準狀況下4.48LCH4，CH4被氧化為CO2，碳元素化合從-4價升高為+4價，可結合甲烷的物質的量，可計算反應中轉移電子數目；

(2)①由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率降低，根據升高溫度對反應①、③的影響，進行分析CO轉化率變化原因；

②相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子式減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大；

(3)①廢氣中的NO與NaClO2反應，NaClO2具有氧化性，NO具有還原性，發生氧化還原反應，生成NO3-、SO42-，據此寫出反應的離子方程式；

②煙氣中SO2和NO的水溶性存在明顯差異，影響了復合劑對煙氣中SO2、NO脫除效率；

③電解池的I極上NaHSO4生成Na2S2O8的過程是氧化過程，說明I極為陽極，據此書寫電極反應式。

(1)①已知：(i)CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-574.0 kJ/mol；

(ii). CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=+1160.0 kJ/mol

由蓋斯定律[(i)+ (ii)]÷2，整理可得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=+293kJ/mol；

②還原NOx至N2，消耗標準狀況下4.48LCH4，n(CH4)=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，根據反應過程中電子轉移數目相等，可知在整個過程中轉移的電子總數N(e-)=0.2mol×8NA=1.6NA；

(2)①由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率減小，說明反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，則隨溫度升高，CO的轉化率減小；

②相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高，故壓強：p1>p2>p3；

(3)①廢氣中的NO與NaClO2反應，NaClO2具有氧化性，NO具有還原性，發生氧化還原反應，生成NO3-、SO42-，則此反應的離子方程式為4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O；

②SO2易溶于水，而NO難溶于水，導致吸收劑中SO2濃度明顯比NO大，則SO2比NO脫除效率高；

③I極上NaHSO4失電子發生氧化反應生成Na2S2O8的電極反應式為SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=S2O82-+2H+。