Question

习近平主席在《中央城镇化工作会议》发出号召：“让居民望得见山、看得见水”。 消除大气和水体污染对建设美丽家乡，打造宜居环境具有重要意义。

(1)以HCl为原料，用O₂氧化制取Cl₂可提高效益，减少污染。

反应为：4HCl(g)+O₂(g)2Cl₂(g)+2H₂O(g) △H=-118.4 kJ/mol，通过控制合适条件，分两步循环进行，可使HCl转化率接近100%。原理如图所示：

过程I的反应为：2HCl(g)+CuO(s)=CuCl₂(s)+H₂O(g)  △H =-120. 4 kJ•mol^-1，过程II反应的热化学方程式为__________________。

(2)CO还原法处理NO：原理为 2CO(g)+2NO(g)=N₂(g)+2CO₂ (g)  △H =-744 kJ•mol^-1。在容积为2 L的某密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO，发生该反应。某温度下，上述反应进行到5 min时放出的热量为558 kJ，则N₂的平均反应速率v(N₂)=_______mol•L^-1• min^-1。

(3)热分解法处理N₂O：某温度下，N₂O在金粉表面发生热分【解析】
2N₂O(g)=2N₂(g)+O₂(g)，测得c(N₂O)随时间t变化关系如图1所示。已知瞬时反应速率v与c(N₂O)的关系为v=kcⁿc(N₂O) (k是反应速率常数)，则n=________，k=_____________。

(4)铊为重金属元素，对水体污染严重，通过沉淀法可以去除工业废水中的Tl⁺。

①利用硫酸盐还原菌(SRB)的催化作用，可以将废水中有机碳源(以CH₂O表示)、SO₄^2-、Tl⁺去除(原理如图2所示)。写出该反应的离子反应方程式_____________________。

②工业污水铊的污染物排放限值为2. 5×10^-8 mol•L^-1。已知：Ksp(Tl₂S) =5×10^-21，若铊的含量符合国家排放限值，则处理后的废水中c(S^2-)≥______________。

Answer

2CuCl2(s)+O2(g)=2CuO(s)+2Cl2(g) ΔH2 =+122.4 kJ•mol-1 0.075 0 0. 0010 mol•L-1•min-1 2CH2O+SO42-+2Tl+Tl2S↓+2CO2↑+2H2O 8×10-6mol•L-1

【解析】

(1)根据图示可知过程II是CuCl2与O2反应产生CuO、Cl2，利用盖斯定律，根据总反应的热化学方程式和过程I的热化学方程式，就可得到过程II的热化学方程式；

(2)根据反应放出的热量与反应的物质呈正比，计算出反应产生的N2的物质的量，在根据速率计算式计算v(N2)；

(3)根据图象中N2O浓度为0时，反应速率反应速率v===0.0010 mol/(L•min)，计算各时间点的反应速率相同，结合瞬时反应速率v与c(N2O)的关系为v=kcn c(N2O)计算得到k和n值。

(4)①根据图2可知，机碳源(以CH2O表示)、SO42-、Tl+等离子在SRB作用下生成Tl2S和CO2，结合电子守恒、电荷守恒写出反应的离子方程式；

②根据溶度积常数Ksp计算处理后的废水中c(S2-)。

(1)根据图示可知II是CuCl2与O2反应产生CuO、Cl2，化学方程式为：2CuCl2+O2 2CuO+Cl2，已知①4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) △H=-118.4kJ/mol，②2HCl(g)+CuO(s)=CuCl2(s)+H2O(g) △H=-120. 4 kJ•mol-1，①-②×2，整理可得2CuCl2 (s)+O2 (g)=2CuO(s)+2Cl2 (g) △H2 =+122.4 kJ•mol-1；

(2)根据反应方程式：2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2 (g) △H =-744 kJ•mol-1可知：每2molNO完全反应，同时产生1 molN2，放出744 kJ的热量，则反应放出558 kJ热量，反应产生的N2的物质的量n(N2)=×1 mol=0.75 mol，则用氮气表示的反应速率v(N2)==0.075 mol/(L·min)；

(3)图象中N2O浓度为0时，反应速率v==0.0010 mol/(L•min)，N2O浓度为0.08 mol/L时，反应速率v==0.0010 mol/(L•min)，已知瞬时反应速率v与c(N2O)的关系v=kcn c(N2O)，0.0010=k(0.02)n，N2O浓度为0.06 mol/L时，反应速率v==0.0010 mol/(L•min)，已知瞬时反应速率v与c(N2O)的关系为v=kcn c(N2O)，0.0010=k(0.04)n，可得k=0.0010 mol•L-1•min-1，n=0；

(4)①由图3可知，废水中有机碳源(以CH2O表示)、SO42-、Tl+等离子经过SRB后最终转化为Tl2S和CO2，结合电子守恒、电荷守恒得到离子方程式应为2CH2O+SO42-+2Tl+Tl2S↓+2CO2↑+2H2O；

②由于Ksp(Tl2S)=c(Tl+)×c(S2-)，当c(Tl+)≤2.5×10-8时，c(S2-)≥=8×10-6 mol/L。