Question

【題目】“綠水青山就是金山銀山”，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工業生產、緩解環境污染、解決能源危機等具有重要意義。

(1)已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393．5kJ/mol

②C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172．5kJ/mol

③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H3=-1651．0kJ/mol

CO還原氧化鐵的熱化學方程式為_____________。

(2)氫硫酸、碳酸均為二元弱酸，其常溫下的電離常數如下表：

	H2CO3	H2S
Ka1	4.410-7	1.310-7
Ka2	4.710-11	7.110-15

①煤的氣化過程中產生的有害氣體H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，該反應的離子方程式為_______；

②常溫下，0.1mol·L-1 NaHCO3溶液和0.1mol·L-1 NaHS溶液的pH相比，pH較小的為________ 溶液(填化學式)。

(3)一定條件下，向某恒容密閉容器中充入x mol CO2和y mol H2，發生反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH (此反應在低溫時為自發反應)。

①下圖能表示該反應的平衡常數K與溫度T之間的變化關系曲線為_____(填“a”或“b”)，其判斷依據是__________。

②若x=2、y=3，測得在相同時間內不同溫度下H2的轉化率如下圖所示，則在該時間段內，恰好達到化學平衡時，此時容器內的壓強與反應開始時的壓強之比為_____________。

(4)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。

①NH3與NO2生成N2的反應中，當生成28g N2時，轉移的電子數為____mol(結果保留三位有效數字)。

②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器中反應(裝置如圖1)。反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250 ℃范圍內隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是______；當反應溫度高于380 ℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H=-23.5 kJmol-1 +H2S=+HS－ NaHCO3 a 該反應是放熱反應，升高溫度反應逆向進行，會使平衡常數減小 17︰25 3.43 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使NOx去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應速率增大，催化劑活性下降 NH3與O2反應生成了NO或氨氣和氧氣發生副反應

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算；

(2) 根據強酸制弱酸原理，電離常數大的制備電離常數小的；根據水解常數Kb=計算同濃度時鹽的pH值；

(3)根據勒夏特列原理判斷，利用三段式計算；

(4)根據氧化還原反應計算。

(1)根據蓋斯定律，CO還原氧化鐵的熱化學方程式為Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=1.5 △H1-1.5△H2-0.5△H3=-23.5 kJmol-1。

(2)氫硫酸、碳酸均為二元弱酸，根據表格可知，硫化氫的第二步電離常數小于碳酸的第一步電離常數，根據強酸制弱酸的原理， ①煤的氣化過程中產生的有害氣體H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，該反應的離子方程式為+H2S=+HS－；

②根據水解常數Kb=可知，碳酸的第一步電離常數大于硫化氫的第一步電離常數，故碳酸氫根的水解常數小于硫氫根水解常數，兩者水解產生氫氧根離子，故常溫下，0.1mol·L-1 NaHCO3溶液和0.1mol·L-1 NaHS溶液的pH相比，pH較小的為NaHCO3溶液。

(3) ①該反應是放熱反應，升高溫度不利于反應向右進行，會使平衡常數減小，曲線a符合此特點；

②由圖可知，當溫度在T2時，H2的轉化率最高。溫度越高反應速率越大，在相同時間內達到平衡狀態前，H2的轉化率最高，但達到平衡狀態后繼續升溫，反應會向逆反應方向移動，導致H2的轉化率降低，由圖知b點為平衡狀態：

反應前 2 3 0

反應 0.8 3×80% 0.8

同溫同體積時，壓強比等于物質的量比，故b點時對應的壓強與反應開始時的壓強比為34:50=17:25；

(4)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。

①①NH3與NO2生成N2的反應方程式為8NH3+6NO2=7N2+12H2O，該反應中生成7mol N2時，轉移的電子的物質的量為24mol，因此生成1mol N2時轉移電子的物質的量為mol=3.43mol；

②在一定溫度范圍內催化劑活性較大，超過溫度范圍，催化劑活性降低，由圖可知迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使NOx的去除反應速率增大；上升階段緩慢主要是溫度上高引起的NOx的去除反應速率增大但催化劑活性降低；在一定溫度和催化劑存在的條件下，氨氣能催化氧化生成NO，當溫度高于380℃時，NOx的去除反應速率下降的原因可能是氨氣在該反應條件下與氧氣反應生成NO或氨氣和氧氣發生副反應。