Question

【題目】利用化學原理對廢氣、廢水進行脫硝、脫碳處理，可實現綠色環保、廢物利用，對構建生態文明有重要意義。

Ⅰ．脫硝：

(1)H2還原法消除氮氧化物

已知：N2(g)＋2O2(g)=2NO2(g) ΔH1=+133 kJ/mol

H2O(g)=H2O(l) ΔH2=－44 kJ/mol

H2的燃燒熱ΔH3=－285.8 kJ/mol

在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和氮氣的熱化學方程式為__________。

(2)用NH3催化還原法消除氮氧化物，發生反應：

4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l)　ΔH<0

相同條件下，在2L恒容密閉容器中，選用不同催化劑，產生N2的量隨時間變化如圖所示。

①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率v(NO)=____。

②下列說法正確的是____。

A.該反應的活化能大小順序是：Ea(A)>Ea(B)>Ea(C)

B.增大壓強能使反應速率加快，是因為增加了活化分子百分數

C.單位時間內H－O鍵與N－H鍵斷裂的數目相等時，說明反應已達到平衡

D.若反應在恒容絕熱的密閉容器中進行，當K值不變時，說明已達到平衡

(3)利用原電池反應可實現NO2的無害化，總反應為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質溶液為NaOH溶液，工作一段時間后，該電池正極區附近溶液pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)，負極的電極反應式為________。

Ⅱ．脫碳：

(4)用甲醇與CO反應生成醋酸可消除CO污染。常溫下，將a mol/L醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，忽略溶液體積變化，計算醋酸的電離常數Ka=________(用含a、b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】4H2(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4H2O(g) ΔH=-1100.2 kJ/mol 0.375 mol/(L·min) CD 增大 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O ×10-7mol/L

【解析】

(1)依據熱化學方程式和蓋斯定律計算所得熱化學方程式；

(2)①已知在A催化劑作用下，4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，根據v(NO)=計算；

②A.相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；

B.改變壓強，活化分子百分數不變；

C.單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應已經達到平衡；

D.該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小；

(3)正極上是二氧化氮得到電子發生還原反應，負極上是氨氣失電子發生氧化反應，結合電極反應分析判斷；

(4)溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合K的定義計算。

Ⅰ． 已知：H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，

① H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，

② N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133 kJ/mol

③ H2O(g)=H2O(l) △H=-44 kJ/mol

根據蓋斯定律，①×4-②-③×4，在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式為4H2(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4H2O(g) ΔH=-1100.2 kJ/mol；

(2)①已知在A催化劑作用下4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，所以v(NO)= =0.375 mol/(L·min)；

②A.相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：Ea(A)＜Ea(B)＜Ea(C)，A錯誤；

B.增大壓強能使反應速率加快，是因為增大了活化分子數，但反應物的活化分子百分數不變，B錯誤；

C.單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，則消耗的NH3和消耗的水的物質的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應已經達到平衡狀態，C正確；

D.該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，當溫度不變時，說明反應已經達到平衡，D正確；

故合理選項是CD；

(3)發生的總反應方程式為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，在正極上，NO2得到電子發生還原反應，電極反應為：2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，根據電極反應式可知：該電池正極區附近溶液c(OH-)中的，溶液的pH增大；在負極上NH3失電子發生氧化反應，電極反應式為：2NH3-6e-+6OH-=6H2O+N2；

(4)反應平衡時，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L，據電荷守恒可知：c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，則醋酸電離平衡常數為K===×10-7mol/L。