Question

【題目】SO2、NOx的含量是衡量大氣污染的一個重要指標。工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2，催化還原SO2不僅可以消除SO2污染，而且可以得到有價值的中單質硫，采取氨水吸收NOx的方法去除NOx的污染，生成硝酸按。

(1)已知CH4和S的燃燒熱分別為a kJ/mol和bkJ/mol。在復合組分催化劑作用下，甲烷可使SO2轉化為S，同時生成CO2和液態(tài)水，該反應的熱化方程式為___________。

(2)用H2還原SO2生成S的反應分兩步完成，如圖甲所示，該過程中相關物質的物質的量濃度隨時間的變化關系如圖乙所示：

分析可知X為____________（寫化學式）；0-t1時間段的反應溫度為____________，0-t1時間段用SO2表示的化學反應速率為______________________。

(3)焦炭催化還原SO2生成S2的化學方程式為 2C(s)+2SO2 (g)=S2(g)+2CO2(g)。在恒容容器中，濃度為1mol/L的SO2與足量焦炭反應，SO2的轉化率隨溫度的變化如圖丙所示。700℃時該反應的平衡常數為____________。

(4)25℃時，用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當溶液的pH=7時，溶液中各離子濃度的大小關系為_____________。（已知：H2SO3的電離常數Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8）

(5)利用雙離子交換膜電解法可以從含硝酸銨的工業(yè)廢水里生產硝酸和氨。陽極室得到的物質是______，寫出陽極反應方程式_______________________；陰極室得到的物質是_____________，寫出陰極反應及獲得相應物質的方程式______________、________________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=+(2b-a)kJ/mol H2S 300℃ mol/(L·min) 36.45 c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-) 硝酸 2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-=2H2O+O2↑ 氨 2H2O+2e-=H2↑+2OH-或 2H++2e-=H2↑ NH4++OH-=NH3+H2O或 NH4++OH-=NH3·H2O

【解析】

(1)先寫出CH4和S的燃燒熱的熱化學方程式，然后將兩個熱化學方程式疊加，可得需求的熱化學方程式。

(2)根據氧化還原反應原理分析；0-t1時間段，X的濃度達到最大，應是圖1左側反應，方程式為3H2+SO2=H2S+2H2O，溫度為300℃；根據v=計算；

(3)a點為700℃時SO2的轉化率為90%，根據平衡常數的含義計算。

(4)當吸收液呈中性時溶質為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，根據電離水解能力和電荷守恒分析；

(5)從含硝酸銨的工業(yè)廢水里生產硝酸和氨，則為硝酸銨中NO3-與H+結合生成硝酸，NH4+與OH-結合生成氨，實際在電解水，陽極為水電離產生的OH-失去電子發(fā)生氧化反應，陰極為水電離產生的H+得到電子發(fā)生還原反應，據此可得。

(1)已知CH4和S的燃燒熱分別為akJ/mol和bkJ/mol，可知熱化學方程式：

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=akJ/mol

②S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=bkJ/mol

由蓋斯定律①-②×2可得CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=+(2b-a)kJ/mol；

(2)圖1右圖SO2→S，S元素的化合價降低，根據氧化還原反應特點，化合價有升高，必然有降低，因此推出X為H2S；0-t1時間段，X的濃度達到最大，應是圖1左側反應，方程式為3H2+SO2=H2S+2H2O，溫度為300℃；根據化學反應速率的表達式，v(SO2)==mol/(L·min)；

(3)由圖可知，a點為700℃時SO2的轉化率為90%，則根據方程式2C(s)+2SO2(g)=S2(g)+2CO2(g)中物質的轉化關系可知平衡時各種物質的濃度c(SO2)=0.1mol/L，c(S2)=0.45mol/L，c(CO2)=0.9mol/L，所以700℃時該反應的平衡常數K==36.45 mol/L；

(4)已知：H2SO3的電離常數Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8，則亞硫酸鈉的水解平衡常數為Kh==，亞硫酸氫鈉的電離常數為6.2×10-8，小于亞硫酸鈉的水解平衡常數，當吸收液呈中性時溶質為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，呈中性時，亞硫酸氫根離子濃度大于亞硫酸根離子濃度，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，溶液中陰陽離子所帶電荷相等，則c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)；

(5)從含NH4NO3的工業(yè)廢水里生產硝酸和氨，則為硝酸銨中NO3-與H+結合生成硝酸，NH4+與OH-結合生成氨，實際在電解水，則陽極為水失去電子發(fā)生氧化反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-=2H2O+O2↑，NO3-與H+結合生成硝酸；陰極為水得到電子發(fā)生還原反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-或 2H++2e-=H2↑，NH4+與OH-結合生成氨。