Question

【題目】多種短周期非金屬元素的氣態氧化物常會造成一些環境污染問題，化學工作者設計出將工業廢氣中污染物再利用的方案，以消除這些不利影響。

(1)以NH3、CO2為原料生產重要的高效氮肥——尿素[CO(NH2)2]，兩步反應的能量變化示意圖如下：

寫出以氨氣和二氧化碳氣體為原料合成尿素的熱化學方程式_________，已知兩步反應中第二步反應是生產尿素的決速步驟，可判斷Ea1_____Ea3(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(2)向體積為2 L的恒溫恒容容器中通入2 mol CO和2 mol SO2，發生反應2CO(g)＋SO2(g)2CO2(g)＋S(s)。若反應進行到10 min時達平衡，測得CO2的體積分數為0.5，則前16 min的平均反應速率v(CO)＝____，該溫度下反應化學平衡常數K＝____。

(3)利用“亞硫酸鹽法”吸收工業廢氣中的SO2。

①室溫條件下，將工業廢氣通入(NH4)2SO3溶液中，測得溶液pH與含硫組分物質的量分數的變化關系如圖所示，b點溶液中n()∶n()＝________。

②已知室溫條件下，Ka1(H2SO3) =1.5×10-2；Ka2(H2SO3) =1.0×10-7；Kb(NH3H2O) =1.8×10-5。室溫下，0.1molL-1的(NH4)2SO3溶液中離子濃度(不考慮OH-)由大到小順序為________。

(4)利用電解燒堿和食鹽的混合液，使工業廢氣脫氮，原理如圖。

①NO被陽極產生的氧化性物質氧化為反應的離子方程式：_________________。

②為使該電解裝置能較長時間正常工作，保持兩極電解質溶液導電能力相對穩定，該裝置中應使用_______ 離子交換膜(填“陰”或“陽”)。

Answer 1

【答案】2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4 ＜ 0.05 mol·L1·min1 26.7 3∶1 c()＞c()＞c()＞c(H+) 3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O 陰

【解析】

(1)將第一步和第二步兩步方程式相加，反應的速率主要取決于最慢的反應，最慢的反應主要是反應物活化能大。

(2)建立三段式，根據題中信息計算轉化量，再計算速率和平衡常數。

(3)①根據圖所示，b點溶液電荷守恒、溶液呈中性和n() = n()；②亞硫酸根水解常數與銨根水解常數比較得出誰的水解程度占主要。

(4)①陽極產物是氯氣；②陰極水中的氫離子失去電子變為氫氣，剩余氫氧根，氫氧根進入到陽極發生反應。

(1)將第一步和第二步兩步方程式相加得到氨氣和二氧化碳氣體為原料合成尿素的熱化學方程式2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4，反應的速率主要取決于最慢的反應，最慢的反應主要是反應物活化能大，已知兩步反應中第二步反應是生產尿素的決速步驟，因此可判斷Ea1＜Ea3；故答案為：2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4；＜。

(2)若反應進行到10 min時達平衡，設轉化二氧化硫物質的量為xmol，，測得CO2的體積分數為0.5，，解得x=0.8，則前16 min的平均反應速率，該溫度下反應化學平衡常數；故答案為：0.05 mol·L1·min1；26.7。

(3)①b點溶液電荷守恒和溶液呈中性得到n()=2n() + n()，又由于n() = n()，因此n()∶n()＝3:1；故答案為：3:1。

②室溫下，0.1 mol·L1的(NH4)2SO3溶液中亞硫酸根水解，銨根水解，因此亞硫酸根水解占主要，溶液顯堿性，亞硫酸根第一步水解為主，因此離子濃度由大到小順序為c()＞c()＞c()＞c(H+)。

(4)①根據放電順序，陽極產物是氯氣，NO被陽極產生的氧化性物質氧化為反應的離子方程式：3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O；故答案為：3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O。

②為使該電解裝置能較長時間正常工作，保持兩極電解質溶液導電能力相對穩定，陰極水中的氫離子失去電子變為氫氣，剩余氫氧根，氫氧根進入到陽極發生反應，因此該裝置中應使用陰離子交換膜；故答案為：陰。