Question

【題目】（加試題）煙氣(主要污染物SO2、NO、NO2)的大量排放造成嚴重的大氣污染，國內較新研究成果是采用以尿素為還原劑的脫硫脫硝一體化技術。

(1)脫硫總反應：SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)，已知該反應能自發進行，則條件是____(填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”)。

(2)電解稀硫酸制備O3(原理如圖)，則產生O3的電極反應式為______。

(3)室溫下，往恒容的反應器中加入固定物質的量的SO2和NO，通入O3充分混合。反應相同時間后，各組分的物質的量隨n(O3)∶n(NO)的變化見上圖。

① n(NO2)隨n(O3)∶n(NO)的變化先增加后減少，原因是____。

② 臭氧量對反應SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，試用過渡態理論解釋可能原因__。

(4)通過控制變量法研究脫除效率的影響因素得到數據如下圖所示，下列說法正確的是____。

A. 煙氣在尿素溶液中的反應：v(脫硫)＜v(脫硝)

B. 尿素溶液pH的變化對脫硝效率的影響大于對脫硫效率的影響

C. 強酸性條件下不利于尿素對氮氧化物的脫除

D. pH=7的尿素溶液脫硫效果最佳

(5)尿素的制備：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0。一定條件下，往10 L恒容密閉容器中充入2 mol NH3和1 mol CO2。

① 該反應10 min 后達到平衡，測得容器中氣體密度為4.8 g·L－1，平衡常數K=__。

② 上圖是該條件下，系統中尿素的物質的量隨反應時間的變化趨勢，當反應時間達到3min 時，迅速將體系升溫，請在圖中畫出3~10 min 內容器中尿素的物質的量的變化趨勢曲線__________。

Answer 1

【答案】低溫 3H2O―6e―＝O3＋6H＋ n(O3):n(NO)<1時，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1,NO2被轉化為更高價的物質，所以減少(或NO2發生副反應，所以n(NO2)減少也給分) 該反應的活化能高，反應速率慢 BC 100

達到平衡時尿素的物質的量＜0.5 mol，反應達到平衡的時間在10 min之前

【解析】

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反應為熵減的反應，熵減的反應在低溫下有利于自發進行。

（2）用惰性電極電解稀硫酸，H+在陰極得電子發生還原反應，電極反應式為：2H++e-=H2↑；OH-在陽極失電子發生氧化反應，電極反應式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，則產生O3的電極反應式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1時，NO被O3氧化為NO2，所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉化為更高價的氮氧化物，所以減少。

②臭氧的量對反應SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，若用過渡態理論解釋可能是該反應的活化能高，反應速率慢。

（4）A.由左圖可知相同時間內脫硫率大于脫硝率，則v(脫硫)>v(脫硝)，故A錯誤；

B.由右圖可知，隨尿素溶液pH的增大，脫硫率的曲線沒變化，但脫硝率曲線變化比較大，故尿素溶液pH的變化對脫硝效率的影響大于對脫硫效率的影響，故B正確；

C.如右圖所示，pH越大脫除率越高，則強酸性條件下不利于尿素對氮氧化物的脫除，故C正確；

D.如右圖所示，溶液的pH對脫硫率沒有影響，故D錯誤。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反應10 min后達到平衡，容器中氣體密度為4.8 g·L－1，則容器中氣體的質量為4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

變化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

則(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。

②通過①的分析可知，若溫度不變，反應10 min后達到平衡，CO(NH2)2的物質的量為0.5mol。由于此反應為放熱反應，升高溫度，正逆反應速率均增大，達到平衡的時間小于10min，平衡向逆向移動，CO(NH2)2的物質的量為小于0.5mol。據此解答。

（1）SO2(g)＋CO(NH2)2(aq)＋2H2O(l)＋1/2O2(g)＝(NH2)SO4(aq)＋CO2(g)反應為熵減的反應，熵減的反應在低溫下有利于自發進行。本小題答案為：低溫。

（2）用惰性電極電解稀硫酸，H+在陰極得電子發生還原反應，電極反應式為：2H++e-=H2↑；OH-在陽極失電子發生氧化反應，電極反應式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋，則產生O3的電極反應式為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。本小題答案為：3H2O―6e―＝O3＋6H＋。

（3）①n(O3):n(NO)<1時，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉化為更高價的氮氧化物，所以減少。本小題答案為：n(O3):n(NO)<1時，NO被O3氧化為NO2所以增加；n(O3):n(NO)>1，NO2被轉化為更高價的物質，所以減少。

②臭氧的量對反應SO2(g)＋O3(g)＝SO3(g)＋O2(g)的影響不大，若用過渡態理論解釋可能是該反應的活化能高，反應速率慢。本小題答案為：該反應的活化能高，反應速率慢。

（4）A.由左圖可知相同時間內脫硫率大于脫硝率，則v(脫硫)>v(脫硝)，故A錯誤；

B.由右圖可知，隨尿素溶液pH的增大，脫硫率的曲線沒變化，但脫硝率曲線變化比較大，故尿素溶液pH的變化對脫硝效率的影響大于對脫硫效率的影響，故B正確；

C.如右圖所示，pH越大脫除率越高，則強酸性條件下不利于尿素對氮氧化物的脫除，故C正確；

D.如右圖所示，溶液的pH對脫硫率沒有影響，故D錯誤。答案選BC。

（5）①NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)反應10 min后達到平衡，容器中氣體密度為4.8 g·L－1，則容器中氣體的質量為4.8 g·L－1×10L=48g，

2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.2 0.1 0 0

變化量(mol/L)2x x x x

平衡量(mol/L)0.2-2x 0.1-x x x

則(0.2-2x)mol/L×10L×17g/mol+(0.1-x)mol/L×10L×44g/mol+xmol/L×10L×18g/mol=48， x=0.05，K=。本小題答案為：100。

②通過①的分析可知，若溫度不變，反應10 min后達到平衡，CO(NH2)2的物質的量為0.5mol。由于此反應為放熱反應，升高溫度，正逆反應速率均增大，達到平衡的時間小于10min，平衡向逆向移動，CO(NH2)2的物質的量為小于0.5mol，圖像為。本小題答案為：。