Question

16．用你所學(xué)的選修四的知識，解決下列問題：

I．為防止鎳系催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂除去原料氣中少量CO，生成物為固體S和CO₂．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1．（已知：硫的燃燒熱為296kJ•mol^-1；一氧化碳燃燒熱為283kJ•mol^-1）
II．光氣 （COCl₂）是一種重要的化工原料，用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、聚酯類材料的生產(chǎn)，工業(yè)上通過Cl₂ （g）+CO（g）?COCl₂（g）制備．圖1為此反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度變化的曲線，圖2為某次模擬實驗研究過程中容器為1L的密閉容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度隨時間變化的曲線．回答下列問題：
①0～6min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v（Cl₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；
②比較第8min反應(yīng)溫度T（8）與第15min反應(yīng)溫度T（15）的高低：T（8）＜T（15）（填“＜”、“＞”或“=”）．
③若保持溫度不變，在第8min 加入體系中的三種物質(zhì)各1mol，則平衡正反應(yīng)方向移動（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”）；
④若將初始投料濃度變?yōu)閏（Cl₂）=0.8mol/L、c（CO）=0.6mol/L、c（COCl₂）=0.4mol/L，保持反應(yīng)溫度不變，則最終達(dá)到化學(xué)平衡時，Cl₂的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時Cl₂的體積分?jǐn)?shù)相同；
III．為了避免含氮廢水對海洋氮循環(huán)系統(tǒng)的影響，需經(jīng)處理后排放．圖3是間接氧化工業(yè)廢水中氨氮（NH₄⁺）的示意圖．
①結(jié)合電極反應(yīng)式簡述間接氧化法去除氨氮的原理：陽極反應(yīng)2Cl^--2e^-=Cl₂，產(chǎn)生的Cl₂氧化廢水中的NH₄⁺釋放出N₂．
②若生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1，則處理后廢水的pH將減小（填“增大”、“不變”或“減小”），請簡述理由：電路中通過相同電量時，若生成n（H₂）：n（N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多．

Answer 1

分析 Ⅰ．硫的燃燒熱為296kJ•mol^-1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=--296KJ/mol
一氧化碳燃燒熱為283kJ•mol^-1 ，CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283KJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②×2-①得到；
Ⅱ．①由圖可知，6min時Cl₂的平衡濃度為0.3mol/L，變化為1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，根據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計算；
②根據(jù)圖象，第8min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動，結(jié)合升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動來判斷；
③根據(jù)平衡常數(shù)和濃度商判斷平衡移動；
④根據(jù)最終達(dá)到化學(xué)平衡時，Cl₂的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時Cl₂的體積分?jǐn)?shù)相同即與開始平衡為等效平衡，結(jié)合恒溫恒壓對于Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）轉(zhuǎn)化到一邊一模一樣等效來計算；
Ⅲ．①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去；
②結(jié)合電解池中的電極反應(yīng)和生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1，依據(jù)電極反應(yīng)中電子守恒計算溶液中氫離子濃度減小和氫離子濃度增加，判斷溶液PH變化．

解答 解：I．硫的燃燒熱為296kJ•mol^-1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=--296KJ/mol
一氧化碳燃燒熱為283kJ•mol^-1 ，CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283KJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②×2-①得到：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+CO₂（g）△H=2△H₂-△H₁=-270KJ/mol，
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1；
II．①由圖可知，6min時Cl₂的平衡濃度為0.3mol/L，變化為1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，則V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.9mol/L}{6min}$=0.15 mol•L^-1•min ^-1，
故答案為：0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②根據(jù)圖象，第8min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動，又由升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以T（8）＜T（15），
故答案為：＜；
③8min時，平衡時c（Cl₂）=0.3mol/L、c（CO）=0.1mol/L、c（COCl₂）=0.9mol/L，
 即K=$\frac{0.9}{0.3×0.1}$=30．容器體積為2L，在第8min再加入體系中的三種物質(zhì)各1mol，Qc=$\frac{（0.9+0.5）mol/L}{（0.3+0.5）mol/L×（0.1+0.5）mol/L}$=2.92＜K，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：正反應(yīng)方向；
④因為最終達(dá)到化學(xué)平衡時，Cl₂的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時Cl₂的體積分?jǐn)?shù)相同即與開始平衡為等效平衡，又對于Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）恒溫恒壓轉(zhuǎn)化到一邊一模一樣才等效，所以有Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）
                狀態(tài)1   1.2      1.0       0
                狀態(tài)2   0.8       0.6       c
最終達(dá)到化學(xué)平衡時，狀態(tài)2Cl₂的體積分?jǐn)?shù)與狀態(tài)1 第6min時Cl₂的體積分?jǐn)?shù)相同，所以c=0.4mol/L，
故答案為：0.4；   
III．①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂ ↑，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去，
故答案為：陽極反應(yīng)2Cl^--2e^-=Cl₂，產(chǎn)生的Cl₂氧化廢水中的NH₄⁺釋放出N₂；
②電解池中陽極電極反應(yīng)是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，陰極電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，電子守恒得到6H⁺～3H₂～6e^-～N₂～3Cl₂～6e^-～8H⁺，陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多，ry PH減小，
故答案為：減小，電路中通過相同電量時，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多．

點評 本題涉及化學(xué)方程式、熱化學(xué)方程式的書寫和化學(xué)平衡圖象的有關(guān)計算、含氮元素的物質(zhì)的綜合應(yīng)用，原電池和電解池原理的分析，意在考查考生對反應(yīng)熱、化學(xué)平衡等化學(xué)反應(yīng)原理掌握的情況，注意數(shù)據(jù)處理方法和轉(zhuǎn)化圖中的信息應(yīng)用，題目難度較大．