Question

【题目】大气、水体污染的治理是化学工作者研究的重要课题，燃煤的烟道气和汽车尾气是造成雾霾天气污染的原因之一。

(1)用CH4催化还原氮氧化物，已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1= a kJ/mol，欲计算反应CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1)的焓变△H2，则还需要查找某化合反应的焓变△H3，该化合反应中各物质化学计量数之比为最简整数比时△H3=bkJ/mol，则该化合反应的热化学方程式为____________________。据此计算出△H2=__________kJ/mol(用含a和b的式子表示)。

(2)汽车尾气转化的反应之一：2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=－746.5kJ/mol。在某温度时，可按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表：

请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：

①前2s内的平均反应速率υ(N2)=______________________________。

②在该温度下，反应的平衡常数K=___________(只写出计算结果)。

③对于该可逆反应，通过综合分析以上信息，至少可以说明___________(填字母)。

A.该反应的反应物混合后很不稳定

B.在催化剂的作用下，该反应一旦发生将在较短的时间内完成

C.该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小

D.该反应在一定条件下能自发进行

E.该反应使用催化剂意义不大

(3)通过调节溶液pH，在弱碱性条件下，用漂白粉溶液可将废水中的CN－转化为碳酸盐和N2而除去。写出该反应的离子方程式为______________________。

(4)废水中的重金属离子通常用沉淀法除去。已知Ksp(NiS)=1.1×10－21，Ksp(CuS)=1.3×10－36，国家规定的排放标淮：镍低于1.1×10－5mol·L－1，铜低于7.8×10－5mol·L－l。则需要控制溶液中S2－的浓度不低于__mol·L－1。

Answer 1

【答案】N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3=bkJ/mol a-2b 1.875×10-4mol/(Ls) 5000 BCD 2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O 1×10-16

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2) ①根据表格数据先计算出υ(NO)，然后根据速率之比和系数成正比计算出υ(N2)；

②计算出平衡以后各物质的浓度，根据平衡常数计算公式进行计算；

③根据影响化学反应速率的因素进行分析，根据G=H-TS<0反应能够自发进行进行分析；根据平衡常数定义进行分析；

(3) 漂白粉有效成分为次氯酸钙，次氯酸根离子具有氧化性，能够把CN－氧化为碳酸盐和氮气，据此写出反应方程式；

(4)根据 Ni2+达到排放标准时，c(S2-)×c(Ni2+)≤Ksp(NiS)，从而计算出S2-的浓度的最小值。

(1)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=a kJ/mol，

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1) △H2，

根据盖斯定律可知，1/2[②-①]可得2NO(g)-O2(g)=N2(g)，1/2[△H2-△H1], 根据题意可知，N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3=-1/2[△H2-△H1]=bkJ/mol；△H2=(a-2b)kJ/mol；

综上所述，本题答案是：N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H3=bkJ/mol，a-2b。

(2) ①从表格数据可知前2s内，c(NO)=(10-2.5)×10-4mol/L=7.5×10-4mol/L，υ(NO)=7.5×10-4mol/L /2s=3.75×10-4 mol/(Ls)，根据速率之比和系数成正比可知，前2s内的平均反应速率υ(N2)=1/2υ(NO)= 1.875×10-4mol/(Ls)；

综上所述，本题答案是：1.875×10-4mol/(Ls)。

②4s以后，反应达到平衡状态，平衡后各物质浓度分别为：c(NO)=1×10-4mol/L，c(CO)=2.7×10-3 mol/L，c(N2)=0.5×(10-1)×10-4 mol/L =4.5×10-4mol/L，c(CO2)=(10-1) ×10-4 mol/L =9×10-4mol/L，K=c2(CO2)c(N2)/[c2(CO)c2(NO)]=(9×10-4)2×4.5×10-4/[(1×10-4)2×(2.7×10-3 )2]=5000；

综上所述，本题答案是：5000。

③该反应在催化剂存在时反应速率很快，所以反应一旦发生将在很短的时间内完成，但不能说明NO和CO混合后很不稳定，A项错误、B项正确；该反应的化学平衡常数大，所以反应达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小，C项正确；该反应是一个熵减的放热反应，所以一定条件下能自发进行，D项正确；使用高效催化剂能大大加快化学反应速率，故E项错误。

综上所述，本题选BCD。

(3) 漂白粉有效成分为次氯酸钙，次氯酸根离子具有氧化性，能够把CN－氧化为碳酸盐和氮气，该反应的离子方程式为2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O；

综上所述，本题答案是：2CN－+5ClO-+2OH-+2Ca2+=2CaCO3↓+N2↑+5Cl-+H2O。

(4) Ni2+达到排放标准时，c(S2-)×c(Ni2+)≤Ksp(NiS)，所以c(S2-)≥Ksp(NiS)÷c(Ni2+)mol/L=1.1×10-21÷(1.1×10-5)mol/L=10-16mol/L，因为Ksp(CuS)远小于Ksp(NiS)，所以此时Cu2+肯定达到排放标准，则需要控制溶液中S2-的浓度不低于10-16mol/L。

综上所述，本题答案是：10-16。