Question

运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

I.氨为重要的化工原料，有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取：a. CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)  ∆H₁=+216.4kJ/mol，b.CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g) ∆H₂=-41.2kJ/mol，则反应CH₄(g)+2H₂O(g)⇌CO₂(g)+4H₂(g)∆H= ____。

(2)起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图。

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是_______(填序号)。

A．和的转化率相等           B．反应体系密度保持不变

C．保持不变              D．

②P₁_____P₂ (填“>”“=”或“不确定”)。

③C点的转化率为____；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氮气的平均速率：υ(A)__υ(B) (填“>”“=”或“不确定”)。

Ⅱ.用间接电化学法去除烟气中NO的原理如下图所示。已知阴极室溶液呈酸性，则阴极的电极反应式为____。反应过程中通过质子交换膜(ab)的为2mol时，吸收柱中生成的气体在标准状况下的体积为______L。

Answer

+175.2kJ/mol BC < 66.7% < 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 11.2

【解析】

本题将化学平衡与电化学相结合，难点就在于对电化学的整体分析及相关计算。

I（1）由已知条件可知，将方程a、b直接相加即可得目标方程，则目标方程的焓变=∆H1+∆H2=+216.4kJ/mol-41.2kJ/mol=+175.2kJ/mol；

故答案为：+175.2kJ/mol；

（2）①氮气和氢气合成氨的反应：，在恒压下，反应体系体积可变，，该体系无固体参与，质量不变，恒压，体积变，所以密度是变量；两物质的浓度比值不变，说明物质的浓度恒定，但不能准定具体的比值；②各物质的转化率只与反应物前的系数成正比，所以，选BC；由勒夏特列原理可知，随着压强的增大，平衡向系数变小的方向移动，控制变量，温度一定下，氨的体积分数越高，则压强越大；③计算H2的转化率，根据图像关系列三段式，C点处氨的百分含量为50%，设N2的转化量为xmol，则：

起始量：

转化量：

C点：

则，解得，则C点H2的转化率为；影响反应速率的因素有浓度、压强、温度、催化剂，在此处，B点的温度、压强均大于A点，所以有υ(A) <υ(B)；

故答案为：BC； <；66.7%；<；

II阴极通入的SO32-发生还原反应，得电子生成S2O42-，则阴极的电极反应式为：；电解池的阳极氢氧根放电生成氧气，电极反应式为：，可以看出转移4mol电子有4mol氢离子通过质子交换膜，则反应过程中通过质子膜的氢离子为2mol，转移的电子的物质的量为2mol，生成1mol S2O42-，图示NO吸收塔中S2O42-失去电子被氧化成SO32-，NO得到电子被还原成N2，由得失电子守恒可得，吸收柱中生成N2的物质的量为：，标况下，0.5mol即为11.2L；

故答案为：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O；11.2L。