Question

【题目】高炉煤气是炼铁厂排放的尾气，含有H2、N2、CO、CO2及O2，其中N2约为55%、CO约为25%、CO2约为15%、O2约为1.64% (均为体积分数)。某科研小组对尾气的应用展开研究：

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燃烧热的热化学方程式为____________________________________________________________________________ 。

II．生产合成氨的原料

高炉煤气经过下列步骤可转化为合成氨的原料气：

在脱氧过程中仅吸收了O2；交换过程中发生的反应如下，这两个反应均为吸热反应：CO2+CH4CO+H2 CO+H2OCO2+ H2

（2）气体通过微波催化交换炉需要较高温度，试根据该反应特征，解释采用较高温度的原因：____________________________________________________________________________ 。

（3）通过铜催化交换炉后，所得气体中V(H2)：V(N2)= ______________。

III.合成氨后的气体应用研究

（4）氨气可用于生产硝酸，该过程中会产生大气污染物NOx。为了研究对NOx的治理，该科研小组在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO 和0.1molCl2，发生如下反应：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) △H<0。10min时反应达平衡，测得10min 内v (ClNO)=7.510-3mol/(L·min)，则平衡后n(Cl2)=_________mol。

设此时NO的转化率为α1，若其它条件不变，上述反应在恒压条件下进行，平衡时NO 的转化率为α2，则α1 ____α2 （填“＞”、“<”或“=”）；平衡常数K____ (填增大”“减小 ”或“不变”)

（5）氨气还可用于制备NCl3，NCl3发生水解产物之一具有强氧化性，该水解产物能将稀盐酸中的NaClO2氧化成ClO2，该反应的离子方程式为_____________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ/mol 该反应是吸热且熵增的反应，只有在较高温度下ΔG=ΔH-TΔS 才有可能小于0，反应才有利于自发进行 88.36∶55(或1.61∶1或8∶5) 0.025 < 不变 HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O

【解析】(1)①C(s)+O2(g)=CO2 (g) △H=-393.5kJ/mol，②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol，根据盖斯定律，将(①×2-②)×得：CO(g)+ O2(g)=CO2(g)ΔH=[(-393.5kJ/mol)×2-(-221kJ/mol)]×=-283kJ/mol，故答案为：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH=-283kJ/mol；

(2)该反应是吸热反应，且属于熵增的反应，只有在较高温度下ΔG=ΔH-TΔS才有可能小于0，反应才有利于自发进行，因此气体通过微波催化交换炉需要较高温度，故答案为：该反应是吸热且熵增的反应，只有在较高温度下ΔG=ΔH-TΔS才有可能小于0，反应才有利于自发进行；

(3)含有H2、N2、CO、CO2及O2，其中N2约为55%、CO约为25%、CO2约为15%、O2约为1.64%，则H2约为1-55%-25%-15%-1.64%=3.36%，假设气体总量为100mol，经过脱氧后含有55mol N2，25molCO、15molCO2、3.36molH2，经过CO2+CH42CO+2H2，反应后气体中含有55mol N2，(25+15×2)molCO、(15×2+3.36)molH2，再经过CO+H2OCO2+ H2反应后，气体中含有55mol N2，(25+15×2)molCO2、(25+15×2+15×2+3.36)molH2，因此V(H2)：V(N2)= n(H2)：n(N2)= (25+15×2+15×2+3.36)mol:55mol= 88.36∶55，故答案为：88.36∶55；

(4)10min内v (ClNO)=7.510-3mol/(L·min)，则平衡是c (ClNO)=7.510-3mol/(L·min)×10min =0.075 mol/L，n (ClNO)= 0.075 mol/L×2L=0.15mol，根据2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)，反应的氯气为0.075mol，则平衡后n(Cl2)= 0.1mol-0.075mol=0.025mol，由于该反应为气体体积减小的反应，若反应在恒压条件下进行，相当于平衡时增大压强，平衡正向移动，NO的转化率增大，即α1＜α2；温度不变，平衡常数K不变，故答案为：0.025；<；不变；

(5)NCl3中Cl元素为+1价，NCl3发生水解产物之一具有强氧化性，为次氯酸，次氯酸能将稀盐酸中的NaClO2氧化成ClO2，反应的离子方程式为HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O，故答案为：HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O。