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：

Ⅰ.直接作燃料

己知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ/mol， 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol

(1)CO燃烧热的热化学方程式为__________________________________。

Ⅱ. 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 CO+H2OCO2+H2

(2) 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：________________________。

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

Ⅲ.合成氨后的气体应用研究

(4)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，该研究小组在恒温条件下，向2L恒容密闭容器这加入0.2molNO和0.1molCl2，发生如下反应：2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) △H<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ɑ1，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ɑ2，则ɑ1_________ɑ2 (填“>”、“<”或“=”)；平衡常数K_______(填“增大”“减小”或“不变”）

(5)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__________________________ 。

Ⅳ.一种用高岭土矿(主要成分为SiO2、Al2O3，含少量Fe2O3)为原料制备铝铵矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示。回答下列问题：

(6)当“酸溶”时间超过40min时，溶液中的Al2(SO4)3会与SiO2反应生成Al2O3·nSiO2，导致铝的溶出率降低，该反应的化学方程式为________________________。

(7)检验“除铁”过程中铁是否除尽的方法是_________________________。

(8)“中和”时，需控制条件为20℃和pH=2.8，其原因是__________________________。

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 HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O Al2(SO4)3+nSiO2Al2O3·nSiO2+3SO3↑ 取少许溶液于试管中,向其中滴入KSCN溶液,观察溶液是否变红 最大限度抑制Al3+的水解

【解析】(1)设①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ/mol， ② 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol ，

根据盖斯定律可知①-②×1/2即得到CO的燃烧热的热化学方程式：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ/mol。

(2)微波催化交换中发生的反应为CO2+CH4=2CO+2H2　，　ΔH>0，ΔS>0，根据吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS，要使反应能自发进行，必须ΔG<0，因此必须采取较高的温度，故答案为：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。

(3)设高炉煤气中N2体积为55，则CO、CO2、H2的体积分别为25、15、3.36。反应前后N2的体积不变，根据CO2+CH4=2CO+2H2可知生成CO、H2的体积分别为30、30，所以总的CO的体积为55，根据CO+H2O=CO2+H2可得生成的H2体积为55，所以总的H2的体积为3.36+30+55=88.36，所以通过铜催化交换炉后，所得气体中V(H2)：V(N2)=88. 36：55=1.61∶1或约为8∶5，故答案为88.36∶55(或1.61∶1或8∶5)。

(4) 10min内生成的n(ClNO)=7.5×10-3×10×2mol=0.15mol ，所以反应的n(Cl2)=0.075mol ，故平衡后n(Cl2)=0.1mol-0.075mol=0.025mol；对反应2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)，恒容的条件下，反应体系的压强在减小，若改为在恒压条件下进行，则相当于在恒容的基础上增大压强，平衡正向移动，NO的转化率增大，故ɑ1<ɑ2；温度不变，平衡常数K不变。

(5) NCl3发生水解产物之一具有强氧化性，根据水解的规律，Cl的化合价不变仍为+1价，所以水解产物为HClO，HClO与C1O2-发生氧化还原反应生成ClO2，同时还有Cl-生成，离子方程式为：HC1O+2C1O2-+H+=2ClO2↑+Cl-+H2O。

(6)长时间加热，硫酸铝溶液变为硫酸铝晶体而发生分解生成Al2O3和SO3，Al2O3与SiO2结合生成Al2O3·nSiO2，化学方程式为：Al2(SO4)3+nSiO2Al2O3·nSiO2+3SO3↑。

(7)除铁步骤就是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，要检验“除铁”过程中铁是否除尽，只要取“除铁”后的滤液，向其中滴入KSCN溶液，观察溶液是否变红，若变红则表示未除尽，反之已经除尽。故答案为：取少许溶液于试管中，向其中滴入KSCN溶液,观察溶液是否变红。

(8)中和结晶时，Al3+会发生水解，水解是吸热反应，低温不利于水解的进行，Al3+水解呈酸性，在较低的pH下，H+浓度较大也有利抑制Al3+的水解，故答案为：最大限度抑制Al3+的水解。