Question

【題目】利用化學(xué)原理對廢氣、廢水進(jìn)行脫硝、脫碳處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用，對構(gòu)建生態(tài)文明有重要意義。

Ⅰ．脫硝：

(1)H2還原法消除氮氧化物

已知：N2(g)＋2O2(g)=2NO2(g) ΔH1=+133 kJ/mol

H2O(g)=H2O(l) ΔH2=－44 kJ/mol

H2的燃燒熱ΔH3=－285.8 kJ/mol

在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和氮?dú)獾臒峄瘜W(xué)方程式為__________。

(2)用NH3催化還原法消除氮氧化物，發(fā)生反應(yīng)：

4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l)　ΔH<0

相同條件下，在2L恒容密閉容器中，選用不同催化劑，產(chǎn)生N2的量隨時(shí)間變化如圖所示。

①計(jì)算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v(NO)=____。

②下列說法正確的是____。

A.該反應(yīng)的活化能大小順序是：Ea(A)>Ea(B)>Ea(C)

B.增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵黾恿嘶罨�分子百分�(jǐn)?shù)

C.單位時(shí)間內(nèi)H－O鍵與N－H鍵斷裂的數(shù)目相等時(shí)，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡

D.若反應(yīng)在恒容絕熱的密閉容器中進(jìn)行，當(dāng)K值不變時(shí)，說明已達(dá)到平衡

(3)利用原電池反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)NO2的無害化，總反應(yīng)為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，工作一段時(shí)間后，該電池正極區(qū)附近溶液pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為________。

Ⅱ．脫碳：

(4)用甲醇與CO反應(yīng)生成醋酸可消除CO污染。常溫下，將a mol/L醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，充分反應(yīng)后，溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，忽略溶液體積變化，計(jì)算醋酸的電離常數(shù)Ka=________(用含a、b的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】4H2(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4H2O(g) ΔH=-1100.2 kJ/mol 0.375 mol/(L·min) CD 增大 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O ×10-7mol/L

【解析】

(1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所得熱化學(xué)方程式；

(2)①已知在A催化劑作用下，4min時(shí)氮?dú)鉃?/span>2.5mol，則消耗的NO為3mol，根據(jù)v(NO)=計(jì)算；

②A.相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；

B.改變壓強(qiáng)，活化分子百分?jǐn)?shù)不變；

C.單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡；

D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時(shí)溫度會升高，則K會減小；

(3)正極上是二氧化氮得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上是氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合電極反應(yīng)分析判斷；

(4)溶液等體積混合溶質(zhì)濃度減少一半，醋酸電離平衡常數(shù)與濃度無關(guān)，結(jié)合K的定義計(jì)算。

Ⅰ． 已知：H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，

① H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，

② N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133 kJ/mol

③ H2O(g)=H2O(l) △H=-44 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，①×4-②-③×4，在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為4H2(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4H2O(g) ΔH=-1100.2 kJ/mol；

(2)①已知在A催化劑作用下4min時(shí)氮?dú)鉃?/span>2.5mol，則消耗的NO為3mol，所以v(NO)= =0.375 mol/(L·min)；

②A.相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，所以該反應(yīng)的活化能大小順序是：Ea(A)＜Ea(B)＜Ea(C)，A錯誤；

B.增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵龃罅嘶罨�分子�?shù)，但反應(yīng)物的活化分子百分?jǐn)?shù)不變，B錯誤；

C.單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時(shí)，則消耗的NH3和消耗的水的物質(zhì)的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；

D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時(shí)溫度會升高，當(dāng)溫度不變時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，D正確；

故合理選項(xiàng)是CD；

(3)發(fā)生的總反應(yīng)方程式為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，在正極上，NO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，根據(jù)電極反應(yīng)式可知：該電池正極區(qū)附近溶液c(OH-)中的，溶液的pH增大；在負(fù)極上NH3失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH3-6e-+6OH-=6H2O+N2；

(4)反應(yīng)平衡時(shí)，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L，據(jù)電荷守恒可知：c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，則醋酸電離平衡常數(shù)為K===×10-7mol/L。