Question

国家实施“青山绿水工程”，大力研究脱硝和脱硫技术。

（1）H₂在催化剂作用下可将NO还原为N₂。下图是该反应生成1mol水蒸气的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式___________。

（2）2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)的反应历程如下：

反应I：2NO(g)N₂O₂(g)(快)；H₁<0   v_1正=k_1正·c²(NO)、v_1逆=k_1逆·c(N₂O₂)；

反应Ⅱ：N₂O₂(g)+O₂(g)2NO₂(g)(慢)；△H₂<0   v_2正=k_2正·c(N₂O₂)·c(O₂)、v_2逆=k_2逆·c² (NO₂)；

①一定条件下，反应2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)达到平衡状态，平衡常数K=___________(用含k_1正、k_1逆、k_2正、k_2逆的代数式表示)。

反应I的活化能E_I___________反应Ⅱ的活化能E_II(填“>”、“<”、或“=”)。

②已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k_2正增大的倍数___________k_2逆增大的倍数(填“大于”、“小于”、或“等于”)。

（3）我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H₂S+O₂=H₂O₂+S↓。

①装置中H⁺向___________池迁移。

②乙池溶液中发生反应的离子方程式：______________________。

(4)废水处理时，通H₂S(或加S^2－)能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。25°℃，某废液中c(Mn²⁺)=0.02mol·L^－1，调节废液的pH使Mn²⁺开始沉淀为MnS时，废液中c(H₂S)=0.1mol·L^－1，此时pH约为___________。(已知：Ksp(MnS)=5.0×10^－14，H₂S的电离常数：K₁=1.5×10^－7，K₂=6.0×10^－15，1g6=0.8)

Answer

2H2(g)+2NO(g) = N2(g)+2H2O(g) ΔH=2(E1-E2)kJ·mol −1 或2H2(g)+2NO(g) = N2(g)+2H2O(g) ΔH=-2(E2- E1)kJ·mol−1或H2(g)+ NO(g) = 1/2N2(g)+ H2O(g) ΔH= (E1-E2)kJ·mol −1或H2(g)+ NO(g) = 1/2N2(g)+ H2O(g) ΔH=-(E2- E1)kJ·mol−)kJ·mol −1 < 小于 甲池 H2S+I3—=3I－+S↓+2H+ 5.2

【解析】

本题是对化学反应原理的综合考察。根据盖斯定律进行反应热的计算，正反应活化能与逆反应活化能的差值为反应热；利用反应达到平衡时v正=v逆进行反应平衡常数的计算；根据图示可知，氧气变为过氧化氢，发生还原反应，该极为电解池的阴极，硫化氢变为单质硫，发生氧化反应，该极为电解池的阳极，发生氧化反应，氢离子向阴极移动，据此解答此题。

(1)正反应活化能为E3-E2 ，逆反应活化能为E3- E1；生成1 mol水蒸气，该反应的反应热为ΔH=（E3-E2）-（E3- E1）=(E1-E2)kJ·mol −1，所以该反应的热化学方程式：H2(g)+NO(g)=1/2N2(g)+H2O(g) ΔH=(E1-E2)kJ·mol −1或为2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=2(E1-E2)kJ·mol −1；

(2)①I．2NO(g)⇌N2O2(g)(快)； v1正=k1正.c2(NO)； v1逆=k1逆.c(N2O2) △H1＜0

II．N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)(慢)； v2正=k2正.c(N2O2)c(O2)； v2逆=k2逆.c2(NO2) △H2＜0

由反应达平衡状态,所以v1正= v1逆、v2正= v2逆,所以v1正×v2正= v1逆×v2逆,即

即k1正.c2(NO)×k2正.c(N2O2)c(O2)= k1逆.c(N2O2)× k2逆.c2(NO2)，则有：K= c2(NO2)/ c2(NO)×c(O2)=；

因为决定2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)速率的是反应II,所以反应I的活化能E1远小于反应II的活化能E2；

②反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)为放热反应，温度升高，反应①、②的平衡均逆向移动，由于反应①的速率大，导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，即k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数小于k2逆增大的倍数；

(3) ①从示意图中看出，电子流向碳棒一极，该极为正极，氢离子从乙池移向甲池；

②乙池溶液中，硫化氢与I3-发生氧化还原反应：硫化氢失电子变为硫单质，I3-得电子变为I－，离子反应为H2S+I3-=3I－+S↓+2H+；

(4)废水处理时，通H2S(或加S2－)能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。25°℃，某废液中c(Mn2+)=0.02mol·L－1，调节废液的pH使Mn2+开始沉淀为MnS时，废液中c(H2S)=0.1mol·L－1，此时pH约为___________。(已知：Ksp(MnS)=5.0×10－14，H2S的电离常数：K1=1.5×10－7，K2=6.0×10－15，1g6=0.8)

25°℃，某废液中c(Mn2+)=0.02mol·L－1，调节废液的pH使Mn2+开始沉淀为MnS时，c(S2－)＝=mol/L，＝Ka1×Ka2，所以pH＝5时c(H+)＝=6mol/L，pH=5.2。