Question

【題目】（加試題）煙氣(主要污染物SO2、NO、NO2)的大量排放造成嚴(yán)重的大氣污染，國(guó)內(nèi)較新研究成果是采用以尿素為還原劑的脫硫脫硝一體化技術(shù)。

(1)脫硫總反應(yīng)：SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)，已知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則條件是____(填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”)。

(2)電解稀硫酸制備O3(原理如圖)，則產(chǎn)生O3的電極反應(yīng)式為______。

(3)室溫下，往恒容的反應(yīng)器中加入固定物質(zhì)的量的SO2和NO，通入O3充分混合。反應(yīng)相同時(shí)間后，各組分的物質(zhì)的量隨n(O3)∶n(NO)的變化見(jiàn)上圖。

① n(NO2)隨n(O3)∶n(NO)的變化先增加后減少，原因是____。

② 臭氧量對(duì)反應(yīng)SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，試用過(guò)渡態(tài)理論解釋可能原因__。

(4)通過(guò)控制變量法研究脫除效率的影響因素得到數(shù)據(jù)如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是____。

A. 煙氣在尿素溶液中的反應(yīng)：v(脫硫)＜v(脫硝)

B. 尿素溶液pH的變化對(duì)脫硝效率的影響大于對(duì)脫硫效率的影響

C. 強(qiáng)酸性條件下不利于尿素對(duì)氮氧化物的脫除

D. pH=7的尿素溶液脫硫效果最佳

(5)尿素的制備：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0。一定條件下，往10 L恒容密閉容器中充入2 mol NH3和1 mol CO2。

① 該反應(yīng)10 min 后達(dá)到平衡，測(cè)得容器中氣體密度為4.8 g·L－1，平衡常數(shù)K=__。

② 上圖是該條件下，系統(tǒng)中尿素的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3min 時(shí)，迅速將體系升溫，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出3~10 min 內(nèi)容器中尿素的物質(zhì)的量的變化趨勢(shì)曲線__________。

Answer 1

【答案】低溫 3H2O―6e―＝O3＋6H＋ n(O3):n(NO)<1時(shí)，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1,NO2被轉(zhuǎn)化為更高價(jià)的物質(zhì)，所以減少(或NO2發(fā)生副反應(yīng)，所以n(NO2)減少也給分) 該反應(yīng)的活化能高，反應(yīng)速率慢 BC 100

達(dá)到平衡時(shí)尿素的物質(zhì)的量＜0.5 mol，反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間在10 min之前

【解析】

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，熵減的反應(yīng)在低溫下有利于自發(fā)進(jìn)行。

（2）用惰性電極電解稀硫酸，H+在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H++e-=H2↑；OH-在陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，則產(chǎn)生O3的電極反應(yīng)式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1時(shí)，NO被O3氧化為NO2，所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉(zhuǎn)化為更高價(jià)的氮氧化物，所以減少。

②臭氧的量對(duì)反應(yīng)SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，若用過(guò)渡態(tài)理論解釋可能是該反應(yīng)的活化能高，反應(yīng)速率慢。

（4）A.由左圖可知相同時(shí)間內(nèi)脫硫率大于脫硝率，則v(脫硫)>v(脫硝)，故A錯(cuò)誤；

B.由右圖可知，隨尿素溶液pH的增大，脫硫率的曲線沒(méi)變化，但脫硝率曲線變化比較大，故尿素溶液pH的變化對(duì)脫硝效率的影響大于對(duì)脫硫效率的影響，故B正確；

C.如右圖所示，pH越大脫除率越高，則強(qiáng)酸性條件下不利于尿素對(duì)氮氧化物的脫除，故C正確；

D.如右圖所示，溶液的pH對(duì)脫硫率沒(méi)有影響，故D錯(cuò)誤。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反應(yīng)10 min后達(dá)到平衡，容器中氣體密度為4.8 g·L－1，則容器中氣體的質(zhì)量為4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

變化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

則(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。

②通過(guò)①的分析可知，若溫度不變，反應(yīng)10 min后達(dá)到平衡，CO(NH2)2的物質(zhì)的量為0.5mol。由于此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率均增大，達(dá)到平衡的時(shí)間小于10min，平衡向逆向移動(dòng)，CO(NH2)2的物質(zhì)的量為小于0.5mol。據(jù)此解答。

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，熵減的反應(yīng)在低溫下有利于自發(fā)進(jìn)行。本小題答案為：低溫。

（2）用惰性電極電解稀硫酸，H+在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H++e-=H2↑；OH-在陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，則產(chǎn)生O3的電極反應(yīng)式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。本小題答案為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1時(shí)，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉(zhuǎn)化為更高價(jià)的氮氧化物，所以減少。本小題答案為：n(O3):n(NO)<1時(shí)，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉(zhuǎn)化為更高價(jià)的物質(zhì)，所以減少。

②臭氧的量對(duì)反應(yīng)SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，若用過(guò)渡態(tài)理論解釋可能是該反應(yīng)的活化能高，反應(yīng)速率慢。本小題答案為：該反應(yīng)的活化能高，反應(yīng)速率慢。

（4）A.由左圖可知相同時(shí)間內(nèi)脫硫率大于脫硝率，則v(脫硫)>v(脫硝)，故A錯(cuò)誤；

B.由右圖可知，隨尿素溶液pH的增大，脫硫率的曲線沒(méi)變化，但脫硝率曲線變化比較大，故尿素溶液pH的變化對(duì)脫硝效率的影響大于對(duì)脫硫效率的影響，故B正確；

C.如右圖所示，pH越大脫除率越高，則強(qiáng)酸性條件下不利于尿素對(duì)氮氧化物的脫除，故C正確；

D.如右圖所示，溶液的pH對(duì)脫硫率沒(méi)有影響，故D錯(cuò)誤。答案選BC。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反應(yīng)10 min后達(dá)到平衡，容器中氣體密度為4.8 g·L－1，則容器中氣體的質(zhì)量為4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

變化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

則(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。本小題答案為：100。

②通過(guò)①的分析可知，若溫度不變，反應(yīng)10 min后達(dá)到平衡，CO(NH2)2的物質(zhì)的量為0.5mol。由于此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率均增大，達(dá)到平衡的時(shí)間小于10min，平衡向逆向移動(dòng)，CO(NH2)2的物質(zhì)的量為小于0.5mol，圖像為。本小題答案為：。