Question

【題目】清潔能源的開發(fā)、廢水的處理都能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用價值。

Ⅰ. 工業(yè)上可利用CO2來制備清潔燃料甲醇，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol－1

反應(yīng)B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol－1

(1)寫出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： _____________________________。

(2)寫出兩個有利于提高反應(yīng)A中甲醇平衡產(chǎn)率的條件_______________________。

(3)在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和氣體，體積比1∶3，總物質(zhì)的量amol進(jìn)行反應(yīng)，測得CO2轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO選擇性隨溫度、壓強(qiáng)變化情況分別如圖所示（選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

溫度對反應(yīng)的影響 壓強(qiáng)對反應(yīng)的影響

由以上兩圖可知，影響產(chǎn)物選擇性的外界條件是______。

A. 溫度 B. 壓強(qiáng) C. 催化劑

Ⅱ.實驗室模擬“間接電化學(xué)氧化法”處理氨氮廢水中NH4+的裝置如圖所示。以硫酸銨和去離子水配制成初始的模擬廢水，并以NaCl調(diào)節(jié)溶液中氯離子濃度，陽極產(chǎn)物將氨氮廢水中的NH4+氧化成空氣中的主要成分。

(4)陽極反應(yīng)式為__________________________________。

(5)除去NH4+的離子反應(yīng)方程式為________________________________________。

Ⅲ.電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學(xué)降解NO3－的原理如圖所示：

(6)A為_______極，若電解過程中轉(zhuǎn)移1 mol 電子，則膜來兩側(cè)電解質(zhì)溶液的質(zhì)量變化差（Δm左 －Δm右）為________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H=－90.6kJ·mol-1 增大壓強(qiáng)，適當(dāng)降溫，及時分離出產(chǎn)物（H2O或CH3OH） AB 2Cl--2e―= Cl2↑ 2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl― 正 7.2g

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析計算△H；

(2)提高甲醇的產(chǎn)率，應(yīng)使平衡正向移動，該反應(yīng)為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，結(jié)合平衡移動原理分析；

(3)根據(jù)圖1、圖2曲線變化分析；

(4)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此分析解答；

(5)氯氣具有氧化性，而銨根離子中氮是-3價，被氧化成氮氣，據(jù)此書寫反應(yīng)的離子方程式；

(6)由圖示知，在Ag-Pt電極上發(fā)生NO3-生成N2的反應(yīng)，結(jié)合電解原理分析判斷；首先書寫電極反應(yīng)式，結(jié)合電極反應(yīng)式計算陽極產(chǎn)生的氣體質(zhì)量和進(jìn)入陰極室的H+質(zhì)量，確定陽極室質(zhì)量的減少量；陰極室中放出N2，同時有H+進(jìn)入陰極室，判斷陰極室質(zhì)量的減少量，由此計算膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量差。

(1)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，②CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g)△H2=+41kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=(-49.6kJmol-1)-(+41kJmol-1)=-90.6kJmol-1，故答案為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.6kJmol-1 ；

(2)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1，為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)、降低溫度或及時分離出產(chǎn)物，都可以使平衡正向移動，從而提高甲醇的平衡產(chǎn)率，故答案為：增大壓強(qiáng)，適當(dāng)降溫(或及時分離出產(chǎn)物)；

(3)催化劑不影響平衡，則不影響產(chǎn)物的選擇性，根據(jù)圖1、圖2可知，溫度和壓強(qiáng)會影響產(chǎn)物選擇性，故答案為：AB；

(4)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-=Cl2↑，故答案為：2Cl--2e-=Cl2↑；

(5)氯氣具有氧化性，而銨根離子中氮是-3價，能夠被氧化成氮氣，氯氣得電子生成-1價的氯離子，反應(yīng)的離子方程式為：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-，故答案為：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-；

(6)由圖示知，在Ag-Pt電極上NO3-生成N2，發(fā)生的是還原反應(yīng)，陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO3-+12H++10e-═N2↑+6H2O，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為直流電源的負(fù)極，A為電源正極；電解過程中轉(zhuǎn)移1mol電子時，陽極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e-=O2↑+4H+，陽極產(chǎn)生O28 g，并產(chǎn)生1g H+進(jìn)入陰極室，陽極室質(zhì)量減少9 g，陰極室中放出0.1 mol N2，質(zhì)量減少2.8g，同時有1mol H+進(jìn)入陰極室，陰極室質(zhì)量共減少1.8g，膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差值(△m左-△m右)為9g-1.8g=7.2 g，故答案為：正；7.2g。