Question

【题目】煤炭燃烧产生的SO2、CO、NO2等造成了严重的大气污染问题。

(1) CaO能起到固硫、降低SO2排放量的作用。

已知：①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1

②2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s) △H=-234 kJ·mol-1

③CaCO3(s)=CO2(g) +CaO(s) △H = +178 kJ·mol-1

则反应2SO2(g)+O2(g)+2CaO(s)= 2CaSO4(s) △H =________ kJ·mol-1

向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用，若固定2molSO2相应量的煤在相同条件下，燃烧时向环境释放出的热量会减少______ kJ。

(2)利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染的一种新举措，反应原理为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H，在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2mol H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲。

①上述合成甲醇的反应是______(填“吸热”或“放热”)反应，判断的理由是_____。

②图甲中A、B、C三点中反应速率最大的是______(填写“A”、“ B” 或“ C”)。

③在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，该平衡______(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。

(3)一定温度下，CO的转化率与起始投料比的变化关系如图乙所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x=______。

(4)利用原电池原理可将NO2和NH3转化为无污染物质，其装置原理图如图丙所示，则负极反应式为______________。

Answer 1

【答案】 -1038 356 放热 升高温度，CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动，正反应放热 C 向正反应方向 3 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

【解析】分析：(1) 根据盖斯定律将①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1，②2CaSO2(s)+O2(g)=2CaSO3(s)△H=-234 kJ·mol-1按照①×2+②处理即可；燃烧时向环境释放出的热量会减少的热量为碳酸钙分解吸收的热量；

(2)①根据图像甲，升高温度，CH3OH的体积分数逐渐减小，说明平衡逆向移动；②首先根据图像甲分析判断出P2＞P1，温度越高，压强越大，反应速率越快；③首先计算判断平衡时C点的组成，在分析恒容容器中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，对平衡的影响；

(3) 根据图像乙，D点CO的转化率为60%，结合D点氢气的转化率计算判断x的值；

(4) NO2和NH3转化为无污染物质为氮气和水，负极上氨气发生氧化反应。

详解：(1) ①SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s) △H=-402 kJ·mol-1，②2CaSO2(s)+O2(g)=2CaSO3(s) △H=-234 kJ·mol-1，③CaCO3(s)=CO2(g) +CaO(s) △H = +178 kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①×2+②得：2SO2(g)+O2(g)+2CaO(s)= 2CaSO4(s) △H =(-402 kJ·mol-1)×2+(-234 kJ·mol-1)= -1038kJ·mol-1；向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用，若固定2molSO2相应量的煤，根据方程式，固定2molSO2，放出1038kJ的热量，同时需要分解2mol CaCO3，需要吸热356 kJ，因此在相同条件下，燃烧时向环境释放出的热量会减少356 kJ，故答案为：-1038；356；

(2)①根据图像，升高温度，CH3OH的体积分数逐渐减小，说明平衡逆向移动，合成甲醇的反应是放热反应，故答案为：放热；升高温度，CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动，正反应放热；

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是气体的物质的量减小的反应，压强越大，平衡时CH3OH的体积分数越大，则P2＞P1，温度越高，压强越大，反应速率越快，图甲中A、B、C三点中反应速率最大的是C，故答案为：C；

③C点 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol) 1 2 0

反应(mol) x 2x x

平衡(mol)1-x 2-2x x

则×100%=50%，解得：x=0.75mol，因此平衡时有0.25molCO，0.5molH2和0.75molCH3OH，恒容容器中再充入0.25molCO，0.5molH2和0.25molCH3OH，可以看成先充入molCO，molH2和0.25molCH3OH，相当于增大压强，再充入molCO，molH2，平衡均正向移动，故答案为：向正反应方向；

(3) D点CO的转化率为60%，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol) 1 x 0

反应(mol) 0.6 1.2 0.6

平衡(mol)0.4 x-1.2 0.6

D点氢气的转化率为40%=，x=3，故答案为：3；

(4)利用原电池原理可将NO2和NH3转化为无污染物质氮气和水，负极上氨气发生氧化反应，反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2Ospan>，故答案为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。