Question

【題目】I、從古至今，鐵及其化合物在人類生產生活中的作用發生了巨大變化。

(1)已知：Fe3O4(s) + CO(g)=3FeO(s) + CO2(g)ΔH1= +19.3 kJ·mol-1

3FeO(s) + H2O(g)=Fe3O4(s) + H2(g)ΔH2= -57.2 kJ·mol-1

C(s) + CO2(g)=2 CO(g)ΔH3= +172.4 kJ·mol-1

寫出以鐵氧化物為催化劑裂解水制氫氣總反應的熱化學方程式___________。

(2)下圖表示其它條件一定時，Fe3O4(s)和CO(g)反應達平衡時CO(g)的體積百分含量隨溫度的變化關系。

①當溫度低于570℃時，溫度降低，CO的轉化率__________(填“增大”、“減小”或“不變”)，理由是_______________。

②當溫度高于570℃時，隨溫度升高，反應Fe3O4(s) + CO(g)3FeO(s) + CO2(g)平衡常數的變化趨勢是_________；(填“增大”、“減小”或“不變”)；1040℃時，該反應的化學平衡常數的數值是____________。

II、汽車尾氣中CO、NOx以及燃煤廢氣中的SO2都是大氣污染物，對它們的治理具有重要意義。

(1)吸收SO2和NO，獲得Na2S2O4和NH4NO3產品的流程圖如圖所示(Ce為鈰元素)。

裝置Ⅱ中，酸性條件下NO被Ce4＋氧化的產物主要是NO3-和NO2-，請寫出生成NO3-和NO2-物質的量之比為2：1時的離子方程式：________________________。

(2)裝置Ⅲ的作用之一是用質子交換膜電解槽電解使得Ce4＋再生，再生時生成的Ce4＋在電解槽的____(填“陽極”或“陰極”)，同時在另一極生成S2O42-的電極反應式為_________。

(3)已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2-的濃度為a g·L－1，要使1.5 m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，至少需向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的氧氣___L(用含a代數式表示，結果保留整數，否則不給分)。

Answer 1

【答案】C(s) + H2O(g) = H2(g) + CO(g)ΔH= + 134.5 kJ·mol-1 增大 理由：當溫度低于570℃時，溫度降低，CO的體積百分含量降低，可逆反應Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2(g)正向移動，故CO的轉化率增大 增大 4 3NO＋5H2O＋7Ce4＋=2NO3-＋NO2-＋10H＋＋7Ce3＋ 陽極 2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O 365a

【解析】

(1) ①Fe3O4(s) + CO(g)=3FeO(s) + CO2(g)ΔH1= +19.3 kJ·mol-1，

②3FeO(s) + H2O(g)=Fe3O4(s) + H2(g)ΔH2= -57.2 kJ·mol-1，

③C(s) + CO2(g)=2 CO(g)ΔH3= +172.4 kJ·mol-1，根據蓋斯定律分析，由①+②+③可得熱化學方程式為： C(s) + H2O(g) = H2(g) + CO(g)ΔH=+19.3-57.2+172.4= + 134.5 kJ·mol-1。 (2) ①從圖分析，溫度低于570℃時，可以看出溫度降低，一氧化碳的百分含量減小，可逆反應Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2(g)正向移動，故CO的轉化率增大。②當溫度高于570℃時，隨溫度升高，一氧化碳的百分含量減小，說明反應Fe3O4(s) + CO(g)3FeO(s) + CO2(g)正向移動，則平衡常數增大。1040℃時，假設起始加入一氧化碳的物質的量為1mol/L，則

Fe3O4(s) + CO(g)3FeO(s) + CO2(g)

0

x x

1-x x

有1-x/(1-x+x)=20%，則x=0.8mol/L，平衡常數為0.8/0.2=4。II、（1）假設一氧化氮的物質的量為3mol則根據題意生成2mol硝酸根離子和1mol亞硝酸根離子，則轉移7mol電子，從圖分析，Ce4＋變為Ce3＋，則需要Ce4＋的物質的量為7mol，根據此數據書寫離子方程式為：3NO＋5H2O＋7Ce4＋=2NO3-＋NO2-＋10H＋＋7Ce3＋。 (2) 再生時生成的Ce4＋的過程為化合價升高，即失去電子，所以該反應在陽極進行。同時另一極生成S2O42-是亞硫酸氫根離子得到電子，電極反應為： 2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O。(3)從圖分析，反應過程中亞硝酸根離子化合價升高，氧氣化合價降低，根據電子守恒分析，氧氣的體積為=365aL。