Question

15．（1）處理含CO、SO₂煙道氣污染的一種方法是將其在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為單質(zhì)S．
已知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）?SO₂（g）△H=-296.0kJ•mol¹
此反應的熱化學方程式是2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1．
（2）氮氧化物是造成光化學煙霧和臭氧層損耗的主要氣體．已知：
CO（g）+NO₂（g）?NO（g）+CO₂（g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1（b＞0）
若用標準狀況下3.36L CO還原NO₂至N₂（CO完全反應）的整個過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.3mol，放出的熱量為$\frac{3（2a+b）}{80}$kJ（用含有a和b的代數(shù)式表示）．
（3）用CH₄催化還原NOx也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=-1160KJ/mol．
（4）某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以NH₄⁺和NH₃•H₂O形式存在，該廢水的處理流程中，NH₄⁺在微生物作用的條件下經(jīng)過兩步反應被氧化成NO₃^-．兩步反應的能量變化示意如圖所示：

1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的熱化學方程式是NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ•mol^-1，②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.0KJ•mol^-1，將方程式①×2-②得熱化學方程式；
（2）根據(jù)蓋斯定律求出4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）的反應熱，反應中3.36LCO即0.15mol轉(zhuǎn)移0.3mol電子，根據(jù)物質(zhì)的量之比等于熱量比求出放出的熱量；
（3）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ•mol^-1①
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
將方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₁+△H₂，結(jié)合1molCH₄還原NO₂至N₂的整個過程中放出的熱量為867kJ計算；
（4）結(jié)合圖象根據(jù)蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.0KJ•mol^-1
將方程式①×2-②得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=（-283.0KJ•mol^-1）×2-（-296.0KJ•mol^-1）=-270KJ•mol^-1，
熱化學反應方程式為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1，
故答案為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270KJ•mol^-1；
（2）①CO（g）+NO₂（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-a KJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO （g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-b KJ•mol^-1（b＞0）
將方程式①×2+②得4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-a） KJ•mol^-1×2+（-b KJ•mol^-1）=-（2a+b）KJ•mol^-1
所以其熱化學反應方程式為：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）KJ•mol^-1，
根據(jù)方程式知轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$×2=0.3mol，放出的熱量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$×$\frac{（2a+b）kJ/mol}{4}$=$\frac{3（2a+b）}{80}$kJ，
故答案為：0.3；$\frac{3（2a+b）}{80}$；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574KJ•mol^-1①
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=？②
將方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₁+△H₂，
根據(jù)方程式知，1mol CH₄還原NO₂至N₂整個過程中放出的熱量為867KJ，所以△H₂=-867KJ/mol×2-（-574KJ/mol）=-1160KJ/mol，
故答案為：-1160KJ/mol；
（4）第一步的熱化學方程式為NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）═NO₂^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l），△H=-273KJ/mol，第二步的熱化學方程式為：NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）═NO₃^-（aq），△H=-73KJ/mol，根據(jù)蓋斯定律則NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol，
故答案為：NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

點評 本題綜合考查了化學反應與能量變化，為高頻考點，側(cè)重考查學生的分析能力和計算能力，題目難度不大，注意把握圖象中反應物的總能量與生成物的總能量的關(guān)系以及蓋斯定律的應用．