Question

C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。

（1）研究减少CO₂排放是一项重要课题。CO₂经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：

反应Ⅰ：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  △H₁＝－49.6 kJ/mol

反应Ⅱ：CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)2CH₃OH(g)  △H₂＝＋23.4 kJ/mol

反应Ⅲ：2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)  △H₃

①△H₃＝____kJ/mol。

②在恒定压强、T₁温度下，将6 mol CO₂和12 mol H₂充入3 L的密闭容器中发生I、Ⅲ反应，5 min后反应达到平衡状态，此时CH₃OH(g) 物质的量为2mol，CH₃OCH₃(g)的物质的量为0.5mol；则T₁温度时反应I的平衡常数Kc的计算式为______。

③恒压下将CO₂和H₂按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH₃OH的选择性和产率随温度的变化如下图 。其中：CH₃OH的选择性＝×100%

在上述条件下合成甲醇的工业条件是_____________。

A．210℃   B． 230℃   C．催化剂CZT   D．催化剂CZ(Zr－1)T

（2）一定条件下，可以通过CO与SO₂反应生成S和一种无毒的气体，实现燃煤烟气中硫的回收，写出该反应的化学方程式___________。在不同条件下，向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，反应体系总压强随时间的变化如图所示：

①图中三组实验从反应开始至达到平衡时，反应速率v(CO)最大的为_____（填序号）。

②与实验a相比，c组改变的实验条件可能是___________。

（3）“亚硫酸盐法”吸收烟气中的SO₂。室温条件下，将烟气通入(NH₄)₂SO₃溶液中，测得溶液pH与含硫组分物质的量分数的变化关系如图所示，b点时溶液pH=7，则n(NH₄⁺)：n(HSO₃⁻)=________。

（4）间接电化学法可除NO。其原理如图所示，写出电解池阴极的电极反应式（阴极室溶液呈酸性）_____。

Answer

－122.6 BD 2CO+SO2=S+2CO2 b 升高温度 3:1 2HSO3−+2e−+2H+=S2O42−+2H2O

【解析】

（1）①根据盖斯定律计算；

② 容器保持恒压，根据体积之比等于物质的量之比，计算平衡时的浓度及反应I的平衡常数Kc；

③根据图像进行判断；

（2）根据元素守恒，无毒的物质为二氧化碳；

①反应速率越快，达到平衡状态所用的时间越短，根据图像判断；

②初始条件为恒容，c组实验与b的初始压强相同，达到平衡状态时，c组使用时间长，则为温度不相同；

（3）根据图像可知，pH=7，根据溶液呈电中性计算；

（4）根据图像可知，阴极上亚硫酸氢根离子得电子，生成S2O42−，根据原子守恒，氢离子参与反应生成水。

（1）①根据盖斯定律，反应I×2-反应II可得2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)，则△H3＝－49.6×2-23.4=-122.6kJ/mol；

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

反应：2 6 2 2

平衡： 2 2

2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

反应：1 3 0.5 1.5

平衡： 0.5 1.5

则平衡时，n（CO2）=3mol，n（H2）=3mol，n（CH3OH）=2mol，n（CH3OCH3）=0.5mol，n（H2O）=3.5mol，容器保持恒压，则平衡后的体积==2L，平衡时的浓度c（CO2）=1.5mol/L，c（H2）=1.5mol/L，c（CH3OH）=1mol/L， c（H2O）=1.75mol/L，反应I的平衡常数Kc的计算式=；

③根据图像可知，选择催化剂CZ(Zr－1)T、在230℃时产率最高，则合成甲醇的工业条件是BD；

（2）CO与SO2反应生成S和一种无毒的气体，根据元素守恒，含C，无毒的物质为二氧化碳，则方程式为2CO+SO2=S+2CO2；

①反应速率越快，达到平衡状态所用的时间越短，根据图像可知，b达到平衡状态时用的时间最短，则反应速率最快；

②初始条件为恒容，c组实验与b的初始压强相同，达到平衡状态时，c组使用时间长，则为温度不相同，c组改变的实验条件为升高温度；

（3）根据图像可知，b点时，c(HSO3−)= c(SO32−)，pH=7，则c(H+)= c(OH−)，根据溶液呈电中性，c（NH4+）+ c(H+)= c(HSO3−)+2c(SO32−)+c(OH−)，c（NH4+）=3c(HSO3−)，则n(NH4+)：n(HSO3−)=3：1；

（4）根据图像可知，阴极上亚硫酸氢根离子得电子，生成S2O42−，根据原子守恒，氢离子参与反应生成水，则电极反应式为2HSO3−+2e−+2H+=S2O42−+2H2O。