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。如图是该反应生成1 mol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) ΔH₁＜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）ΔH₂＜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___________（填“>”“<”或“＝”）反应Ⅱ的活化能E_Ⅱ。

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__________（填“大于”“小于”或“等于”）k_2逆增大的倍数。

（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(Mn^2＋)＝0.02 mol·L^－1，调节废液的pH使Mn^2＋开始沉淀为MnS时，废液中c(H₂S)＝0.1 mol·L^－1，此时pH约为_______（已知：K_sp（MnS）＝5.0×10^－14，H₂S的电离常数：K_a1＝1.5×10^－7，K_a2＝6.0×10^－15，lg 6＝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)=N2(g)＋H2O(g) ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1或H2(g)＋NO(g)=N2(g)＋H2O(g) ΔH＝－(E2－E1)kJ·mol－1 ＜ 小于 甲 H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋ 5.2

【解析】

(1)根据能量变化图，反应热=正反应的活化能-逆反应的活化能，再根据热化学反应方程式的书写解答；

(2)①2NO(g)⇌N2O2(g)①；②N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)②，根据盖斯定律，①+②得2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)，平衡常数K=，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；因为决定2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)速率的是反应②，所以反应①的活化能E1远小于反应②的活化能E2；

②根据应②为放热反应，温度升高平衡向着逆向移动分析；

(3)①原电池中阳离子移向正极；

②在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质，碘单质得电子生成I－，据物质的变化确定发生的反应；

(4)当Qc=Ksp(MnS)时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合Ka1×Ka2==1.5×10-7×6.0×10-15=9.0×10-22计算出c(H+)，然后可计算出溶液的pH。

(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)=N2(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) ΔH1＜0；

Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)(慢)；v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)；v2逆＝k2逆·c2(NO2) ΔH2＜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k1正·c2(NO)×k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)× k2逆·c2(NO2)，则有K＝＝；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EⅠ远小于反应Ⅱ的活化能EⅡ；

②k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)25 ℃，某废液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，调节废液的pH使Mn2＋开始沉淀为MnS时，c(S2－)＝＝＝2.5×10－12 mol·L－1，＝Ka1×Ka2，c(H＋)＝＝＝6×10－6 mol·L－1，pH＝5.2。