Question

【題目】國家實施“青山綠水工程”，大力研究脫硝和脫硫技術。

（1）H2在催化劑作用下可將NO還原為N2。如圖是該反應生成1 mol水蒸氣的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式__________。

（2）2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應歷程如下：

反應Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快) ΔH1＜0，v1正＝k1正·c2(NO)、v1逆＝k1逆·c(N2O2)；

反應Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g）（慢）ΔH2＜0，v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)、v2逆＝k2逆·c2(NO2)。

①一定條件下，反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態，平衡常數K＝___________（用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代數式表示）。反應Ⅰ的活化能EⅠ___________（填“>”“<”或“＝”）反應Ⅱ的活化能EⅡ。

②已知反應速率常數k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數__________（填“大于”“小于”或“等于”）k2逆增大的倍數。

（3）我國科學家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發生反應：H2S＋O2=H2O2＋S↓。

①裝置中H＋向_______池遷移。

②乙池溶液中發生反應的離子方程式：_______。

（4）廢水處理時，通H2S(或加S2－)能使某些金屬離子生成極難溶的硫化物而除去。25 ℃，某廢液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，調節廢液的pH使Mn2＋開始沉淀為MnS時，廢液中c(H2S)＝0.1 mol·L－1，此時pH約為_______（已知：Ksp（MnS）＝5.0×10－14，H2S的電離常數：Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15，lg 6＝0.8）。

Answer 1

【答案】2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝2(E1－E2)kJ·mol－1 或2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－2(E2－E1)kJ·mol－1或H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1或H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol－1 ＜ 小于 甲 H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋ 5.2

【解析】

(1)根據能量變化圖，反應熱=正反應的活化能-逆反應的活化能，再根據熱化學反應方程式的書寫解答；

(2)①2NO(g)N2O2(g)①；②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)②，根據蓋斯定律，①+②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，平衡常數K=，由反應達平衡狀態，所以v1正=v1逆、v2正=v2逆，所以v1正×v2正=v1逆×v2逆；因為決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應②，所以反應①的活化能E1遠小于反應②的活化能E2；

②根據應②為放熱反應，溫度升高平衡向著逆向移動分析；

(3)①原電池中陽離子移向正極；

②在乙池中，硫化氫失電子生成硫單質，碘單質得電子生成I－，據物質的變化確定發生的反應；

(4)當Qc=Ksp(MnS)時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結合Ka1×Ka2==1.5×10-7×6.0×10-15=9.0×10-22計算出c(H+)，然后可計算出溶液的pH。

(1)正反應活化能為E3－E2 ，逆反應活化能為E3－E1；生成1 mol水蒸氣，該反應的反應熱為ΔH＝(E3－E2)－(E3－E1)＝(E1－E2)kJ·mol－1，所以該反應的熱化學方程式：H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1或為2H2(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝2(E1－E2) kJ·mol－1；

(2)①Ⅰ：2NO(g) N2O2(g)(快)；v1正＝k1正·c2(NO)；v1逆＝k1逆·c(N2O2) ΔH1＜0；

Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g)(慢)；v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)；v2逆＝k2逆·c2(NO2)　ΔH2＜0；由反應達平衡狀態，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正·c2(NO)×k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)× k2逆·c2(NO2)，則有K＝＝；因為決定2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)速率的是反應Ⅱ，所以反應Ⅰ的活化能EⅠ遠小于反應Ⅱ的活化能EⅡ；

②k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數小于k2逆增大的倍數；

(3)①從示意圖中看出，電子流向碳棒一極，該極為正極，氫離子從乙池移向甲池；

②乙池溶液中，硫化氫與I3-發生氧化還原反應：硫化氫失電子變為硫單質，I3-得電子變為I－，離子反應為H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋；

(4)25 ℃，某廢液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，調節廢液的pH使Mn2＋開始沉淀為MnS時，c(S2－)＝＝＝2.5×10－12 mol·L－1，＝Ka1×Ka2，c(H＋)＝＝＝6×10－6 mol·L－1，pH＝5.2。