Question

【题目】燃煤烟气中含有大量SO2和NO。某科研小组研究臭氧氧化-碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺，氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下：

反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9kJ/mol Ea1=3.2kJ/mol

反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6kJ/mol Ea2=58kJ/mol

已知该体系中温度80℃以上臭氧发生分解反应：2O3(g)3O2(g)。请回答：

（1）已知反应Ⅰ在低温下自发进行，则该反应的熵变△S___0（填“大于”或“小于”）。

（2）其它条件不变，每次向反应器中充入含1.0molNO、1molSO2的模拟烟气和2.0molO3，改变温度，反应相同时间后体系中NO和SO2的转化率如图所示：

①由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2，结合题中数据分析其可能原因___。

②100℃、反应相同时间t时O3的分解率达10%，则体系中剩余O3的物质的量是___mol。

③下列法正确的是___。

A.P点一定为平衡状态点

B.温度高于200℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零

C.其它条件不变，若缩小反应器的容积可提高NO和SO2的转化率

D.臭氧氧化过程不能有效地脱除SO2，但后续步骤碱吸收可以有效脱硫

（3）工业上可以通过电解NO制备NH4NO3，原理如图所示。写出电解过程阳极的电极反应式___。

Answer 1

【答案】小于 反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应 0.65 BCD NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+

【解析】

(1)根据G=△H-T△S＜0，反应能够自发进行，结合低温下自发进行分析判断；

(2)①反应的活化能越小，反应越容易进行；②根据图像，反应Ⅰ中NO转化率为85%，反应Ⅱ中SO2的转化率30%，2O3(g)3O2(g)，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，据此分析计算体系中剩余O3的物质的量；③该图象中属于描点法所得图象，P点不一定为图象的最高点；温度高于200°C，臭氧分解的程度加大，体系臭氧浓度减小；若缩小反应器的容积，2O3(g)3O2(g)，平衡逆向进行，臭氧浓度增大；二氧化硫属于酸性氧化物，据此分析判断；

(3)工业上电解NO制备 NH4NO3，阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO3-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH4+，据此分析书写电极反应式。

(1)反应I：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJ/mol为放热反应，即△H＜0，又在低温下自发进行，根据G=△H-T△S＜0自发可知，△S小于0，故答案为：小于；

(2)①反应Ⅰ：NO(g)+O3(g )NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJmol-1 Ea1=3.2kJmol-1，反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)△H2=-241.6kJmol-1 Ea2=58kJmol-1，反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应，因此，相同温度下，NO的转化率远高于SO2，故答案为：反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应；

②根据图像，反应Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJmol-1 Ea1=3.2kJmol-1，反应中NO转化率为85%，反应的NO为0.85mol，反应的O3为0.85mol；反应Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)△H2=-241.6kJmol-1 Ea2=58kJmol-1，反应中SO2的转化率30%，反应的二氧化硫0.3mol，反应的O3为0.3mol；2O3(g)3O2(g)，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，为0.2mol；则体系中剩余O3的物质的量=2.0mol-0.85mol-0.3mol-0.2mol=0.65mol，故答案为：0.65；

③A．该图象属于描点法所得图象，P点不一定为图象的最高点，不一定为平衡点，可能是建立平衡状态过程中的一点，故A错误；B．根据图象可知，温度高于200°C，2O3(g)3O2(g)，反应进行程度加大，体系中臭氧浓度迅速减小，NO、SO2的转化率随温度升高显著降低，当臭氧完全分解，则二者转化率几乎为0，故B正确；C．其它条件不变，若缩小反应器的容积，2O3(g)3O2(g)，平衡逆向进行，臭氧浓度增大，反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡均正向移动，NO和SO2的转化率增大，故C正确；D．根据图像，臭氧氧化过程中二氧化硫的转化率较低，不能有效地脱除SO2，二氧化硫属于酸性氧化物，可以和碱之间发生反应，后续步骤碱吸收可以有效脱硫，故D正确；故答案为：BCD；

(3)工业上电解NO制备 NH4NO3，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO3-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH4+，阳极反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，故答案为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。