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：

(1)直接作燃料

已知：C(s)+O2(g)CO2 (g) ΔH=-393.5kJ/mol

2C(s)+O2(g)2CO (g) ΔH=-221kJ/mol

CO燃烧热的热化学方程式为__________。

(2)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(未配平) CO+H2OCO2+ H2

①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____________________________________________。

②通过铜催化交换炉后,所得气体中V(H2)：V(N2)=__________。

(3)合成氨后的气体应用研究

①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0.2mol NO和0.1mol Cl2，发生如下反应：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH<0。10min时反应达平衡,测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol/(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”)

②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 HClO+2ClO2-+H+=2ClO2+Cl-+H2O

【解析】

(1)①C(s)+O2(g)=CO2 (g) ΔH=-393.5kJ/mol ②2C(s)+O2(g)2CO (g) ΔH=-221kJ/mol根据盖斯定律，将(①×2-②)÷2，整理可得：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=—283kJ/mol；

(2)①该反应是吸热反应，且属于熵增的反应，只有在较高温度下△G=△H-T△S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；

②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+CH4 2CO+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=8：5；

(3)①10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol/（Lmin），则平衡是c(ClNO)=7.5×10-3mol/(Lmin)×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；

②NCl3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。