Question

多种短周期非金属元素的气态氧化物常会造成一些环境污染问题，化学工作者设计出将工业废气中污染物再利用的方案，以消除这些不利影响。

(1)以NH₃、CO₂为原料生产重要的高效氮肥——尿素[CO(NH₂)₂]，两步反应的能量变化示意图如下：

  

写出以氨气和二氧化碳气体为原料合成尿素的热化学方程式_________，已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤，可判断E_a1_____E_a3(填“＞”、“＜”或“＝”)。 

(2)向体积为2 L的恒温恒容容器中通入2 mol CO和2 mol SO₂，发生反应2CO(g)＋SO₂(g)2CO₂(g)＋S(s)。若反应进行到10 min时达平衡，测得CO₂的体积分数为0.5，则前16 min的平均反应速率v(CO)＝____，该温度下反应化学平衡常数K＝____。

(3)利用“亚硫酸盐法”吸收工业废气中的SO₂。

①室温条件下，将工业废气通入(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点溶液中n()∶n()＝________。

②已知室温条件下，K_a1(H₂SO₃) =1.5×10^-2；K_a2(H₂SO₃) =1.0×10^-7；K_b(NH₃•H₂O) =1.8×10^-5。室温下，0.1mol•L^-1的(NH₄)₂SO₃溶液中离子浓度(不考虑OH^-)由大到小顺序为________。

(4)利用电解烧碱和食盐的混合液，使工业废气脱氮，原理如图。

①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为反应的离子方程式：_________________。

②为使该电解装置能较长时间正常工作，保持两极电解质溶液导电能力相对稳定，该装置中应使用_______ 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。

Answer

2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4 ＜ 0.05 mol·L−1·min−1 26.7 3∶1 c()＞c()＞c()＞c(H+) 3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O 阴

【解析】

(1)将第一步和第二步两步方程式相加，反应的速率主要取决于最慢的反应，最慢的反应主要是反应物活化能大。

(2)建立三段式，根据题中信息计算转化量，再计算速率和平衡常数。

(3)①根据图所示，b点溶液电荷守恒、溶液呈中性和n() = n()；②亚硫酸根水解常数与铵根水解常数比较得出谁的水解程度占主要。

(4)①阳极产物是氯气；②阴极水中的氢离子失去电子变为氢气，剩余氢氧根，氢氧根进入到阳极发生反应。

(1)将第一步和第二步两步方程式相加得到氨气和二氧化碳气体为原料合成尿素的热化学方程式2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4，反应的速率主要取决于最慢的反应，最慢的反应主要是反应物活化能大，已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤，因此可判断Ea1＜Ea3；故答案为：2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4；＜。

(2)若反应进行到10 min时达平衡，设转化二氧化硫物质的量为xmol，，测得CO2的体积分数为0.5，，解得x=0.8，则前16 min的平均反应速率，该温度下反应化学平衡常数；故答案为：0.05 mol·L−1·min−1；26.7。

(3)①b点溶液电荷守恒和溶液呈中性得到n()=2n() + n()，又由于n() = n()，因此n()∶n()＝3:1；故答案为：3:1。

②室温下，0.1 mol·L−1的(NH4)2SO3溶液中亚硫酸根水解，铵根水解，因此亚硫酸根水解占主要，溶液显碱性，亚硫酸根第一步水解为主，因此离子浓度由大到小顺序为c()＞c()＞c()＞c(H+)。

(4)①根据放电顺序，阳极产物是氯气，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为反应的离子方程式：3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O；故答案为：3Cl2＋8OH－＋2NO = 2＋6Cl－＋4H2O。

②为使该电解装置能较长时间正常工作，保持两极电解质溶液导电能力相对稳定，阴极水中的氢离子失去电子变为氢气，剩余氢氧根，氢氧根进入到阳极发生反应，因此该装置中应使用阴离子交换膜；故答案为：阴。