Question

【题目】清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。

Ⅰ. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇，有关化学反应如下：

反应A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol－1

反应B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol－1

(1)写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式： _____________________________。

(2)写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件_______________________。

(3)在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示（选择性：转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

温度对反应的影响 压强对反应的影响

由以上两图可知，影响产物选择性的外界条件是______。

A. 温度 B. 压强 C. 催化剂

Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度，阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。

(4)阳极反应式为__________________________________。

(5)除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。

Ⅲ.电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3－的原理如图所示：

(6)A为_______极，若电解过程中转移1 mol 电子，则膜来两侧电解质溶液的质量变化差（Δm左 －Δm右）为________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H=－90.6kJ·mol-1 增大压强，适当降温，及时分离出产物（H2O或CH3OH） AB 2Cl--2e―= Cl2↑ 2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl― 正 7.2g

【解析】

(1)根据盖斯定律分析计算△H；

(2)提高甲醇的产率，应使平衡正向移动，该反应为气体体积缩小的放热反应，结合平衡移动原理分析；

(3)根据图1、图2曲线变化分析；

(4)阳极发生氧化反应，据此分析解答；

(5)氯气具有氧化性，而铵根离子中氮是-3价，被氧化成氮气，据此书写反应的离子方程式；

(6)由图示知，在Ag-Pt电极上发生NO3-生成N2的反应，结合电解原理分析判断；首先书写电极反应式，结合电极反应式计算阳极产生的气体质量和进入阴极室的H+质量，确定阳极室质量的减少量；阴极室中放出N2，同时有H+进入阴极室，判断阴极室质量的减少量，由此计算膜两侧电解液的质量差。

(1)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，②CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g)△H2=+41kJmol-1，根据盖斯定律，①-②可得：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=(-49.6kJmol-1)-(+41kJmol-1)=-90.6kJmol-1，故答案为：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.6kJmol-1 ；

(2)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，为气体体积缩小的放热反应，增大压强、降低温度或及时分离出产物，都可以使平衡正向移动，从而提高甲醇的平衡产率，故答案为：增大压强，适当降温(或及时分离出产物)；

(3)催化剂不影响平衡，则不影响产物的选择性，根据图1、图2可知，温度和压强会影响产物选择性，故答案为：AB；

(4)阳极发生氧化反应，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；

(5)氯气具有氧化性，而铵根离子中氮是-3价，能够被氧化成氮气，氯气得电子生成-1价的氯离子，反应的离子方程式为：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-，故答案为：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-；

(6)由图示知，在Ag-Pt电极上NO3-生成N2，发生的是还原反应，阴极上发生的电极反应式为：2NO3-+12H++10e-═N2↑+6H2O，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为直流电源的负极，A为电源正极；电解过程中转移1mol电子时，阳极的电极反应式为2H2O－4e-=O2↑+4H+，阳极产生O28 g，并产生1g H+进入阴极室，阳极室质量减少9 g，阴极室中放出0.1 mol N2，质量减少2.8g，同时有1mol H+进入阴极室，阴极室质量共减少1.8g，膜两侧电解液的质量变化差值(△m左-△m右)为9g-1.8g=7.2 g，故答案为：正；7.2g。