Question

【題目】氮、硫及其化合物在工農業生產生活中有著重要作用。回答下列問題：

（1）有人設想利用CO還原SO2。已知S和CO的燃燒熱分別是296.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，請寫出CO還原SO2的生成CO2和S(s)熱化學方程式___________________________________。

（2）某科研小組研究臭氧氧化堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應原理及反應熱、活化能數據如下：

反應Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9 kJmol1 Ea1＝3.2 kJmol1

反應Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6 kJmol1 Ea2＝58 kJmol1

已知該體系中臭氧發生分解反應：2O3(g)3O2(g)。請回答：

其它條件不變，每次向容積為2 L的反應器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模擬煙氣和4.0 mol O3，改變溫度，反應相同時間t后體系中NO和SO2的轉化率如圖所示：

①由圖1可知相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2，結合題中數據分析其可能原因_______。

②下列說法正確的是________。

A．Q點一定為平衡狀態點

B．溫度高于200℃后，NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零

C．其它條件不變，若擴大反應器的容積可提高NO和SO2的轉化率

D．臭氧氧化過程不能有效地脫除SO2，但后續步驟堿吸收可以有效脫硫

③假設100℃時P、Q均為平衡點，此時反應時間為5min，發生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，則體系中剩余O3的物質的量是________mol；SO2的平均反應速率為________；反應Ⅰ在此時的平衡常數為_______________。

（3）以連二硫酸根(S2O42－)為媒介，使用間接電化學法也可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

①ab是_______離子交換膜（填“陽”或“陰”）。陰極區的電極反應式為_____________。

②若NO吸收轉化后的產物為NH4+，通電過程中吸收4.48LNO（標況下），則陽極可以產生____mol氣體。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s) ΔH＝－270 kJ·mol1 反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發生反應 BD 1.4 0.06mol/(L·min) 8 陽 2SO32+4H++2e＝S2O42+2H2O 0.25

【解析】分析：（1）利用燃燒熱借助于蓋斯定律解答；

（2）①根據活化能對反應速率的影響分析；

②根據反應原理結合圖像曲線變化分析判斷；

③根據方程式結合有關概念計算；

（3）①根據電解產物結合離子的移動方向判斷；

②根據電子得失守恒計算。

詳解：（1）已知S和CO的燃燒熱分別是296.0kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1，則

①S(s)+O2(g)＝SO2(g)ΔH＝－296.0kJ·mol-1

②CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g)ΔH＝－283.0kJ·mol-1

根據蓋斯定律可知②×2－①即得到CO還原SO2的熱化學方程式2CO(g)+SO2(g)＝2CO2(g)+S(s)ΔH＝－270kJ·mol-1。

（2）①反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發生反應，因此相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2；

②A．隨著反應的進行，反應物的轉化率逐漸增大，因此Q點不一定為平衡狀態點，可能是建立平衡過程中的一個點，A錯誤；B．根據圖像，溫度高于200℃后，NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零，B正確；C．根據2O3(g)3O2(g)可知其它條件不變，若擴大反應器的容積，壓強減小，平衡正向移動，使得臭氧的濃度減小，氧氣濃度增大，反應I和反應II的平衡逆向移動，NO和SO2的轉化率減小，C錯誤；D．根據圖像，臭氧氧化過程中二氧化硫的轉化率較低，不能有效地脫除SO2，二氧化硫是堿性氧化物，能夠被氫氧化鈉溶液吸收，D正確；答案選BD；

③假設100℃時P、Q均為平衡點，此時反應時間為5min，發生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，發生分解反應的臭氧為4mol×10%＝0.4mol，根據反應Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)，平衡時NO的轉化率為80%，反應的臭氧為2mol×80%＝1.6mol；反應Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)，平衡時二氧化硫的轉化率為30%，反應的臭氧為2mol×30%＝0.60mol；最終剩余臭氧4mol-0.4mol-1.60mol-0.60mol＝1.4mol；5min內SO2的平均反應速率=＝0.06mol/(L·min)；平衡時NO、O3、NO2、O2的物質的量分別為0.4mol、1.4mol、1.6mol、0.4mol×+1.6mol+0.6mol＝2.8mol，反應Ⅰ在此時的平衡常數＝＝8；

（3）①由圖可知，陰極區通入液體主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以陰極區電極反應式為2SO32-+4H++2e-＝S2O42-+2H2O，由于陰極需要消耗氫離子，則ab是陽離子交換膜；②4.48LNO（標況下）的物質的量是0.2mol，由于NO吸收轉化后的產物為NH4+，則電路中轉移1mol電子；陽極氫氧根放電產生氧氣，需要氧氣的物質的量是1mol÷4＝0.25mol。