Question

【題目】隨著科技的進步，合理利用資源、保護環境成為當今社會關注的焦點

（1）氨氮是造成水體富營養化的重要因素之一，用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮（用NH3表示）轉化為氮氣除去，其相關反應的主要熱化學方程式如下：

反應①：NH3（aq）+HClO（aq）= NH2Cl（aq）+H2O（l）△H1= akJmol﹣1

反應②：NH2Cl（aq）+HClO（aq）= NHCl2（aq）+H2O（I）△H2= bkJmol﹣1

反應③：2NHCl2（aq）+H2O（l）= N2（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H3= ckJmol﹣1

① 2NH3（aq）+3HClO（aq）= N2（g）+3H2O（I）+3HCl（aq）的△H=______。

② 溶液pH對次氯酸鈉去除氨氮有較大的影響（如圖1所示）。在pH較低時溶液中有無色無味的氣體生成，氨氮去除效率較低，其原因是_________________。

③ 用電化學法也可以去除廢水中氨氮．在蒸餾水中加入硫酸銨用惰性電極直接電解發現氨氮去除效率極低，但在溶液中再加入一定量的氯化鈉后，去除效率可以大大提高。反應裝置如圖2所示，b為電極__極，電解時陰極的電極反應式為_____________。

（2）“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題。

① 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如右圖所示。250～300 ℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________。

② 為了提高該反應中CO2的轉化率，可以采取的措施是_____________。（寫一條即可）

Answer 1

【答案】(2a+2b+c)kJmol﹣1HCl與NaClO反應生成HClO，HClO分解生成O2，與氨氮反應的HClO減少正極2H2O+2NH4++2e-=2NH3H2O+H2↑ 或 2H++2e-=H2↑溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低增大反應壓強或增大CO2的濃度

【解析】試題分析：以資源合理利用、環境保護為載體，考查蓋斯定律的應用、電解原理、溶液的酸堿性對化學反應的影響、化學反應速率、化學平衡等知識，考查學生的讀圖能力和對圖標的分析能力。

解析：（1）①根據蓋斯定律，待計算的反應=2×①+2×②+③，所以反應的△H=(2a+2b+c)kJmol-1 。答案：(2a+2b+c)kJmol-1 。

②從圖中可以看出，溶液pH較小時，次氯酸鈉對氨氮去除率下降，而此時溶液中c(HClO)應當較pH大時更高，所以溶液中HClO一定參與了其它反應，結合溶液的組成及HClO的性質，HClO可能分解也可能與HCl反應生成Cl2，題目中已經說明“有無色無味的氣體生成”，則應當是HClO的分解。答案：HCl與NaClO反應生成HClO，HClO分解生成O2，與氨氮反應的HClO減少。

③用惰性電極直接電解硫酸銨溶液相當于電解水，兩極分別生成H2和O2，溶液中的氨氮不會直接消耗，也不會與產生的H2或O2反應，所以效率一定很差。加入NaCl后，電解仍然無法直接消耗氨氮，但是生成的氯氣可以轉變成HClO從而去除氨氮，因此Cl氣必須從溶液下方產生，然后因此水充分接觸得到HClO。所以a為電源負極，b為正極，陰極反應為2H++2e-=H2↑，溶液中H+主要來源于NH4+水解，則電極反應無也可以認為是NH4+和H2O。答案：正極 2H2O+2NH4++2e-=2NH3H2O+H2↑ 或 2H++2e-=H2↑

(2) ①讀圖可知，250～300 ℃時，不但乙酸的生成速率較低，而且催化劑的催化效率也很低，在其他條件不變的情況下，產生乙酸生成速率降低的原因是催化劑催化效率降低。答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低

②轉化反應為CO2(g)+CH4(g)→CH3COOH(g)，提高CO2的轉化率可以是其他條件不變時設法使化學平衡正向移動，此處只能是加壓。而若單從提高CO2轉化率角度看，加入過量的CH4也可以實現這一目標。答案： 增大反應體系壓強或充入更多的CH4。