Question

【題目】環境問題越來越受到人們的重視，“綠水青山就是金山銀山”的理念已被人們認同。運用化學反應原理研究碳、氮、硫的單質及其化合物的反應對緩解環境污染具有重要意義。回答下列問題：

(1)亞硝酰氯(C—N=O)氣體是有機合成中的重要試劑，它可由Cl2和NO在通常條件下反應制得，該反應的熱化學方程式為______________________。

相關化學鍵的鍵能如下表所示：

化學鍵	Cl—Cl	N≡O(NO氣體)	Cl—N	N=O
鍵能/(kJ·mol－1)	243	630	200	607

(2)為研究汽車尾氣轉化為無毒無害的物質的有關反應，在某恒容密閉容器中充入4molCO和4 mol NO，發生反應2CO+2NO2CO2+N2，平衡時CO的體積分數與溫度(T1<T2)壓強的關系如圖所示：

①該可逆反應達到平衡后，為在提高反應速率的同時提高NO的轉化率，可采取的措施有___________(填標號)。

a．按體積比1：1再充入CO和NO b．改用高效催化劑

c．升高溫度 d．增加CO的濃度

②由圖可知，壓強為20MPa、溫度為T2下的平衡常數Kp=___________MPa－1(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數。保留4位小數)。

③若在B點對反應容器降低溫度至T1的同時縮小體積至體系壓強增大，達到新的平衡狀態時，可能是圖中A~F點中的___________點(填標號)。

(3)有人設想采用下列方法減少SO2、NO2對環境的污染：用CH4還原SO2，從產物中分離出一種含硫質量分數約為94%的化合物，并用這種化合物來還原NO2。這種含硫化合物和NO2反應的化學方程式為______________________。

(4)用NaOH溶液吸收SO2也是減少大氣污染的一種有效方法。25℃時，將一定量的SO2通入到NaOH溶液中，兩者完全反應，若溶液中，則該混合溶液的pH=___________(25℃時，H2SO3的電離平衡常數Ka1=1.0×10－2，K a2=1.0×10－7)。

(5)電化學氣敏傳感器可用于監測環境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下：

①電極b上發生的是___________反應(填“氧化”或“還原”)。

②電極a的電極反應為_______________________。

Answer 1

【答案】2NO(g)+Cl2(g)=2ClNO(g)△H=-111kJ/mol； ad 0.0023MPa-1 F 4H2S+2NO2═N2+4H2O+4S 6 還原 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

【解析】

(1)根據反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能，據此計算；

(2)①根據圖像，升高溫度，平衡時CO的體積分數增大，平衡逆向移動，說明該反應的正反應是反應前后氣體體積減小的放熱反應，據此分析判斷；

②由圖可知，壓強為20MPa、溫度為T2下，平衡時CO的體積分數為40%，設參加反應的n(CO)=xmol，根據三段式計算解答；

③相同壓強下降低溫度平衡正向移動，NO體積分數減小，同一溫度下增大壓強平衡正向移動NO體積分數減小，據此分析判斷；

(3)CH4還原SO2，生成一種含硫質量分數約為94%的化合物為H2S，NO2氧化H2S的生成物可減少氮氧化物對環境的污染，即生成N2和S單質，據此寫出化學方程式；

(4) 根據==計算c(H+)，再求混合溶液的pH；

(5)Pt電極通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，據此分析解答。

Ⅰ．(1)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)，反應的焓變△H=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和243kJ/mol+2×630kJ/mol-2×(200kJ/mol+607kJ/mol)=-111kJ/mol，故答案為：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)△H=-111kJ/mol；

(2)①a．按體積比1∶1再充入CO和NO，相當于增大壓強，平衡正向移動，NO轉化率提高，故a正確；b．改用高效催化劑，只改變化學反應速率不影響平衡移動，所以NO轉化率不變，故b錯誤；c．根據圖像，升高溫度，平衡時CO的體積分數增大，平衡逆向移動，NO轉化率降低，故c錯誤；d．增加CO的濃度，平衡正向移動，NO轉化率提高，故d正確；故答案為：ad；

②由圖可知，壓強為20MPa、溫度為T2下，平衡時CO的體積分數為40%，設參加反應的n(CO)=xmol，

2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)

開始(mol)440 0

反應(mol) xx x 0.5x

平衡(mol)4-x 4-x x0.5x

平衡時混合氣體物質的量=(4-x+4-x+x+0.5x)mol=(8-0.5x)mol，平衡時NO的體積分數平衡時CO的體積分數=×100%=40%，x=1，平衡時P(NO)=×20MPa=8MPa、P(CO)=×20MPa=8MPa、P(CO2)=×20MPa=MPa、P(N2)=×20MPa=MPa，該溫度下平衡常數Kp===0.0023MPa-1，故答案為：0.0023MPa-1；

③相同壓強下降低溫度平衡正向移動，CO體積分數減小，同一溫度下增大壓強平衡正向移動，CO體積分數減小，所以符合條件的為點F，故答案為：F；

(3)根據原子守恒可知，CH4還原SO2，從產物中分離出一種含硫質量分數約為94%的化合物，假設該化合物中含有1個S原子，則該化合物的相對分子質量約為=34，則該化合物為H2S，NO2氧化H2S的生成物對環境無污染，則反應生成N2、S單質和H2O，根據原子守恒，反應的化學方程式為4H2S+2NO2═N2+4H2O+4S，故答案為：4H2S+2NO2═N2+4H2O+4S；

(4) 將一定量的SO2通入到NaOH溶液中，兩者完全反應，====，解得c(H+)=1.0×10－6mol/L，則混合溶液的pH=6，故答案為：6；

(5)①Pt電極通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，正極上氧氣得電子被還原，發生還原反應，故答案為：還原；

②a極為負極，負極是氨氣發生氧化反應變成氮氣，且OH-向a極移動，參與反應，故電極反應式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故答案為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。