Question

研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

（1）处理含CO、SO₂烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。已知：

①CO(g)＋O₂(g)=CO₂(g)　ΔH＝－280.0 kJ·mol^－1

②S(s)＋O₂(g)=SO₂(g)　ΔH＝－290.0 kJ·mol^－1

此反应的热化学方程式是_______。

（2）氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。已知：

CO(g)＋NO₂(g)=NO(g)＋CO₂(g)　ΔH＝－a kJ·mol^－1（a>0）

2CO(g)＋2NO(g)=N₂(g)＋2CO₂(g)　ΔH＝－b kJ·mol^－1（b>0）

若用标准状况下22.4L CO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中转移电子的物质的量为_mol，放出的热量为___kJ（用含有a和b的代数式表示）。

（3）用CH₄催化还原NO_x也可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH₄(g)＋4NO₂(g)=4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁＝－540 kJ·mol^－1①

CH₄(g)＋4NO(g)=2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₂＝？②

若1molCH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为860 kJ，则ΔH₂＝__。

Answer

2CO(g)＋SO2(g)= S(s)+2CO2(g) ΔH＝－270.0 kJ·mol－1 2 －1180 kJ·mol－1

【解析】

根据盖斯定律计算反应热时，通过适当的数学运算得到目标反应，并求出反应热。

（1）①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－280.0 kJ·mol－1

②S(s)＋O2(g)=SO2(g) ΔH＝－290.0 kJ·mol－1

根据盖斯定律，由①2－②可得到2CO(g)＋SO2(g)= S(s)+2CO2(g)，则ΔH＝(－280.0 kJ·mol－1)2－(－290.0 kJ·mol－1)= －270.0 kJ·mol－1，因此，CO、SO2烟道气在催化剂作用下转化为单质S的热化学方程式是2CO(g)＋SO2(g)= S(s)+2CO2(g) ΔH＝－270.0 kJ·mol－1。

（2）①CO(g)＋NO2(g)=NO(g)＋CO2(g) ΔH＝－a kJ·mol－1（a>0）

②2CO(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－b kJ·mol－1（b>0）

根据盖斯定律，由①2+②可得到4CO(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4CO2(g) ΔH＝－(2a+b) kJ·mol－1。若用标准状况下22.4L CO（物质的量为1mol）还原NO2至N2（CO完全反应），根据碳元素的化合价变化（由+2到+4）可以知道，整个过程中转移电子的物质的量为2mol；由4CO(g)＋2NO2(g)= N2(g)＋4CO2(g) ΔH＝－(2a+b) kJ·mol－1可以计算，放出的热量为kJ。

（3）用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g)＋4NO2(g)=4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－540 kJ·mol－1①

CH4(g)＋4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝？②

根据盖斯定律，由①+②可得到2CH4(g)＋4NO2(g)==2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH=ΔH1+ΔH2。若1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为860 kJ，ΔH=－860 kJ·mol－12=－1720 kJ·mol－1，则ΔH2＝ΔH -ΔH1=－1720 kJ·mol－1－(－540 kJ·mol－1)= －1180 kJ·mol－1。