Question

【題目】高爐煤氣是煉鐵廠排放的尾氣，含有H2、N2、CO、CO2及O2，其中N2約為55%、CO約為25%、CO2約為15%、O2約為1.64% (均為體積分數)。某科研小組對尾氣的應用展開研究：

Ⅰ.直接作燃料

己知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ/mol， 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol

(1)CO燃燒熱的熱化學方程式為__________________________________。

Ⅱ. 生產合成氨的原料

高爐煤氣經過下列步驟可轉化為合成氨的原料氣：

在脫氧過程中僅吸收了O2；交換過程中發生的反應如下，這兩個反應均為吸熱反應：

CO2+CH4CO+H2 CO+H2OCO2+H2

(2) 氣體通過微波催化交換爐需要較高溫度，試根據該反應特征，解釋采用較高溫度的原

因：________________________。

(3)通過銅催化交換爐后，所得氣體中V(H2)：V(N2)=______________________。

Ⅲ.合成氨后的氣體應用研究

(4)氨氣可用于生產硝酸，該過程中會產生大氣污染物NOx。為了研究對NOx的治理，該研究小組在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器這加入0.2molNO和0.1molCl2，發生如下反應：2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) △H<0。10min 時反應達平衡，測得10min內v (ClNO)=7.5×10-3mol/(L·min)，則平衡后n(Cl2)=___________mol。

設此時NO的轉化率為ɑ1，若其它條件不變，上述反應在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率為ɑ2，則ɑ1_________ɑ2 (填“>”、“<”或“=”)；平衡常數K_______(填“增大”“減小”或“不變”）

(5)氨氣還可用于制備NCl3，NCl3發生水解產物之一具有強氧化性，該水解產物能將稀鹽酸中的NaClO2氧化成ClO2，該反應的離子方程式為__________________________ 。

Ⅳ.一種用高嶺土礦(主要成分為SiO2、Al2O3，含少量Fe2O3)為原料制備鋁銨礬[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示。回答下列問題：

(6)當“酸溶”時間超過40min時，溶液中的Al2(SO4)3會與SiO2反應生成Al2O3·nSiO2，導致鋁的溶出率降低，該反應的化學方程式為________________________。

(7)檢驗“除鐵”過程中鐵是否除盡的方法是_________________________。

(8)“中和”時，需控制條件為20℃和pH=2.8，其原因是__________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ/mol 該反應是吸熱且熵增的反應，只有在較高溫度下ΔG=ΔH-TΔS 才有可能小于0，反應才有利于自發進行 88.36∶55(或1.61∶1或8∶5) 0.025 < 不變 HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O Al2(SO4)3+nSiO2Al2O3·nSiO2+3SO3↑ 取少許溶液于試管中,向其中滴入KSCN溶液,觀察溶液是否變紅 最大限度抑制Al3+的水解

【解析】(1)設①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ/mol， ② 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol ，

根據蓋斯定律可知①-②×1/2即得到CO的燃燒熱的熱化學方程式：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ/mol。

(2)微波催化交換中發生的反應為CO2+CH4=2CO+2H2　，　ΔH>0，ΔS>0，根據吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS，要使反應能自發進行，必須ΔG<0，因此必須采取較高的溫度，故答案為：該反應是吸熱且熵增的反應，只有在較高溫度下ΔG=ΔH-TΔS 才有可能小于0，反應才有利于自發進行。

(3)設高爐煤氣中N2體積為55，則CO、CO2、H2的體積分別為25、15、3.36。反應前后N2的體積不變，根據CO2+CH4=2CO+2H2可知生成CO、H2的體積分別為30、30，所以總的CO的體積為55，根據CO+H2O=CO2+H2可得生成的H2體積為55，所以總的H2的體積為3.36+30+55=88.36，所以通過銅催化交換爐后，所得氣體中V(H2)：V(N2)=88. 36：55=1.61∶1或約為8∶5，故答案為88.36∶55(或1.61∶1或8∶5)。

(4) 10min內生成的n(ClNO)=7.5×10-3×10×2mol=0.15mol ，所以反應的n(Cl2)=0.075mol ，故平衡后n(Cl2)=0.1mol-0.075mol=0.025mol；對反應2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)，恒容的條件下，反應體系的壓強在減小，若改為在恒壓條件下進行，則相當于在恒容的基礎上增大壓強，平衡正向移動，NO的轉化率增大，故ɑ1<ɑ2；溫度不變，平衡常數K不變。

(5) NCl3發生水解產物之一具有強氧化性，根據水解的規律，Cl的化合價不變仍為+1價，所以水解產物為HClO，HClO與C1O2-發生氧化還原反應生成ClO2，同時還有Cl-生成，離子方程式為：HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O。

(6)長時間加熱，硫酸鋁溶液變為硫酸鋁晶體而發生分解生成Al2O3和SO3，Al2O3與SiO2結合生成Al2O3·nSiO2，化學方程式為：Al2(SO4)3+nSiO2Al2O3·nSiO2+3SO3↑。

(7)除鐵步驟就是使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，要檢驗“除鐵”過程中鐵是否除盡，只要取“除鐵”后的濾液，向其中滴入KSCN溶液，觀察溶液是否變紅，若變紅則表示未除盡，反之已經除盡。故答案為：取少許溶液于試管中，向其中滴入KSCN溶液,觀察溶液是否變紅。

(8)中和結晶時，Al3+會發生水解，水解是吸熱反應，低溫不利于水解的進行，Al3+水解呈酸性，在較低的pH下，H+濃度較大也有利抑制Al3+的水解，故答案為：最大限度抑制Al3+的水解。