Question

【題目】環境問題已經成為世界上越來越重要的議題，其中大氣污染主要有硫的氧化物和氮的氧化物，工業生產是其原因之一，同時工業上通常也用下列方法來治理污染。

（1）煙氣中含有SO2等大量有害的物質，煙氣除硫的方法有多種，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應如下：

Ⅰ．CaCO3（s）= CO2（g）+CaO（s） △H=+178.2kJ/mol

Ⅱ．SO2（g）+CaO（s）=CaSO3（s） △H=﹣402kJ/mol

Ⅲ.2CaSO3（s）+O2（g）+4H2O（l）=2[CaSO42H2O]（s） △H=﹣234.2kJ/mol

試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的熱化學方程式 ．

（2）用NH3還原NOx生成N2和H2O。現有NO、NO2的混合氣體3 L，可用同溫同壓下3.5 L的NH3恰好使其完全轉化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的物質的量之比為 。

（3）氨催化氧化是硝酸工業的基礎，反應原理為：4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）實際生產中，還會發生此反應：4NH3+3O2N2+6H2O，在1L的密閉容器中加入l mol NH3和1.5mol O2的反應過程中，有關溫度與各物質的量關系如圖1所示：

①已知400℃時，混合氣體中NH3、N2、NO的物質的量比為5：6：3，則圖象中x= 。

②NH3生成N2的反應屬于 （填“吸熱反應”或“放熱反應”），溫度高于840℃后，各物質的物質的量發生如圖所示變化的原因可能是 。

（4）電化學降解治理水中硝酸鹽污染。在酸性條件下，電化學降解NO的原理如圖2所示，陰極反應式為 。假設降解前兩極溶液質量相等，當電路中有2mol電子通過時，此時兩極溶液質量的差值為 g。

Answer 1

【答案】（1）2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O（l）2[CaSO4.2H2O]（s）+2CO2（g） △H=﹣681.8kJ/mol ；（2）1：3；（3）①0.3；②放熱反應；氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣，使氨氣氧化生成NO的平衡向左移動或氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣或NO高溫分解生成氮氣和氧氣或氨氣和NO反應生成氮氣和水等使NO快速減少N2增加；（4）NO＋12 H+＋10e－＝N2↑＋6H2O；14.4。

【解析】

試題分析：（1）I×2＋II×2＋III得出：2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O（l）2[CaSO4.2H2O]（s）+2CO2（g） △H=﹣681.8kJ/mol ；（2）同溫同壓下，體積比等于物質的量之比，設NO的物質的量xmol，則NO2的物質的量為（3－x）mol，根據得失電子數目守恒，因此有3.5×3=2x＋（3－x）×4，解得x=0.75，兩者的比值為：0.75：2.25=1：3；（3）①令400℃時，NH3、N2、NO的物質的量分別是5x、6x、3x，則有1－3x－12x=5x，解得x=1/20mol，因此N2的物質的量為6/20mol=0.3mol；②400℃時，副反應達到平衡，隨著溫度的升高，N2的物質的量降低，說明平衡向逆反應方向進行，正反應方向是放熱反應；氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣，使氨氣氧化生成NO的平衡向左移動或氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣或NO高溫分解生成氮氣和氧氣或氨氣和NO反應生成氮氣和水等使NO快速減少N2增加；（4）陰極是得電子過程，化合價降低，因此Ag－Pt為陰極，其電極反應式為： NO3－＋12 H＋＋10e－＝N2↑＋6H2O；陽極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，通過2mol電子產生氧氣的質量為2×32/4g=16g，產生n（H＋）=2mol，，陰極反應式為NO3－＋12 H＋＋10e－＝N2↑＋6H2O，通過2mol電子產生m（N2）=2×28/10mol=5.6mol，因此兩溶液質量差為（16＋2－5.6＋2）g=14.4g。