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【题目】燃煤烟气的脱硫脱硝是目前研究的热点。

(1)CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:

CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H= -574 kJmol-1

CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H= -1160 kJmol-1

H2O(g) = H2O(l) H= -44 kJmol-1

CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) H=____________ kJ/mol

(2)某科研小组研究臭氧氧化--碱吸收法同时脱除SO2NO工艺,氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下:

反应Ⅰ:NO(g)+ O3(g)= NO2(g)+O2(g) H1 = -200.9 kJmol-1 Ea1 = 3.2 kJmol-1

反应Ⅱ:SO2(g)+ O3(g) = SO3(g)+O2(g) H2 = -241.6 kJmol-1 Ea2 = 58 kJmol-1

已知该体系中臭氧发生分解反应:2O3(g) 3O2(g)。请回答:

其它条件不变,每次向容积为2L的反应器中充入含1.0 mol NO1.0 mol SO2的模拟烟气和2.0 mol O3,改变温度,反应相同 时间t后体系中NOSO2的转化率如图所示:

①由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2,结合题中数据分析其可能原因___________________

②下列说法正确的是________________

AP点一定为平衡状态点

B.温度高于200℃后,NOSO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零

C.其它条件不变,若缩小反应器的容积可提高NOSO2的转化率

③假设100℃时PQ均为平衡点,此时反应时间为10分钟,发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%NO的平均反应速率为_____________;反应Ⅱ在此时的平衡常数为______________

(3)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验,可用于制备硫酸,同时获得电能:

M极发生的电极反应式为_____________________________

②当外电路通过0.2 mol电子时,质子交换膜左侧的溶液质量__________(增大减小”)_________克。

【答案】-955 反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ,相同条件下更易发生反应 BC 0.0425mol/(L·min) 0.96 SO2+2H2O-2e- =SO42- +4H+ 增大 6.2

【解析】

(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1= -574 kJmol-1

CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H2= -1160 kJmol-1

H2O(g) = H2O(l) H3= -44 kJmol-1

根据盖斯定律,由(①++③×4)得反应CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) H=[-574 kJmol-1+-1160 kJmol-1+-44 kJmol-1)×4)]= -955kJ/mol

2)①反应Ⅰ:NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g) H1 = -200.9 kJmol-1 Ea1 = 3.2 kJmol-1;反应Ⅱ:SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g) H2 = -241.6 kJmol-1 Ea2 = 58 kJmol-1,反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ,相同条件下更易发生反应,因此相同温度下NO的转化率远高于SO2,故答案为:反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ,相同条件下更易发生反应;

A.图中曲线属于描点法所得图像,P点不一定为图像的最高点,即不一定为平衡状态点,可能是建立平衡过程中的一点,选项A错误;

B.根据图像,温度高于200℃后,2O3(g) 3O2(g)反应进行程度加大,体系中的臭氧浓度减小,NOSO2的转化率随温度升高显著下降、当臭氧完全分解,则二者转化率几乎为零,选项B正确;

C.其它条件不变,若缩小反应器的容积,使得2O3(g) 3O2(g)平衡逆向移动,臭氧浓度增大,反应Ⅰ:NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g) 和反应Ⅱ:SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g)平衡正向移动, NOSO2的转化率提高,选项C正确;

答案选BC

③反应Ⅰ:NO(g)+ O3(g) NO2(g)+O2(g)NO的转化率为85%,则反应的NO0.85molO30.85mol;反应Ⅱ:SO2(g)+ O3(g) SO3(g)+O2(g)SO2的转化率为30%,反应的SO20.3molO30.3mol2O3(g) 3O2(g)中发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%,为0.2mol,则体系中剩余O3的物质的量=2.0mol-0.85mol-0.3mol-0.2mol=0.65molNO的平均反应速率==0.0425mol/(L·min);平衡是为0.85mol+0.30mol+0.3mol=1.45mol,反应Ⅱ的平衡常数==0.96

3)①本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸,M电极为负极,N电极为正极,M电极上二氧化硫失去电子氧化生成SO42-,根据原子守恒会电荷守恒可知,有水参加反应,有氢离子生成,电极反应式为:SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+,故答案为:SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+

②负极反应式为:SO2+2H2O-2e -═SO42-+4H+,正极反应式为O2 + 4e-- + 4H+ == 2H2O,当外电路通过0.2 mol电子时,负极反应的二氧化硫为0.1mol,质量为6.4g,同时有0.2mol氢离子通过质子交换膜进入右侧,左侧溶液质量增大6.4g-0.2g=6.2g

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(2)一定条件下,将1.0 mol CH4与2.0 mol H2O(g)充入密闭容器中发生反应CH4(g)+H2O(g) CH3OH(g)+H2(g),下列措施可以提高化学反应速率的是___________(填选项序号)。

a.恒容条件下充入He b.增大体积

c.升高温度 d.投入更多的H2O(g)

(3)在恒容条件下进行反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),则下列实验事实可以作为判断该反应达到平衡状态标志的是___________(填选项序号)。

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c.混合气体的密度保持不变 d.CH3OH(g)的浓度保持不变

(4)以KOH为电解质的甲醇-空气燃料电池是一种高效、轻污染的车载电池,其工作原理如图。 回答下列问题:

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②负极的电极反应式________________________________

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.配制0.50 mol·L1NaOH溶液。

(1)若实验中大约要使用245 mL NaOH溶液,至少需要称量NaOH固体________g。

(2)从下图中选择称量NaOH固体所需要的仪器(填字母):________

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(1)写出该反应的热化学方程式(中和热ΔH=-57.3 kJ·mol1): _______________

(2)50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。

①请填写下表中的空白:

1_______________2___________________3_______________________4________________________5温度差平均值____

②近似认为0.50 mol·L1NaOH溶液和0.50 mol·L1硫酸溶液的密度都是1 g·cm3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g1·1。则中和热ΔH________(取小数点后一位)。

③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol1有偏差,产生偏差的原因可能是________(填字母)。

a.实验装置保温、隔热效果差

b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数

c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中

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(2)反应①的化学方程式是:______________________________,其反应类型为________________,在反应①中,还可以得到另一种分子式为C10H16的化合物,其结构简式为___________________

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