Question

【題目】氰化氫(HCN)是形成生物重要化合物的重要源或中間體，其水溶液稱氫氰酸，是一種非常弱的酸。工業(yè)上以甲烷和氨氣為原料在高溫和催化劑的作用下按下列反應(yīng)制備HCN：

2CH4(g)+3O2(g)+2NH3(g)2HCN(g)+6H2O(g) △H1=-475kJ/mol①

CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g) △H2=+240kJ/mol②

(1)該條件下1mol水蒸氣分解為氫氣和氧氣的熱化學(xué)方程式為________________________(數(shù)值保留三位有效數(shù)字)。根據(jù)題中信息_______________(填“能”或“不能”)計(jì)算出氫氣的燃燒熱。

(2)在恒溫恒容的密閉容器中按照體積比6：5的比例充入甲烷和氨氣發(fā)生反應(yīng)②，氨氣的物質(zhì)的量濃度與時(shí)間關(guān)系如圖所示，從開始到0.8h達(dá)平衡狀態(tài)的過程中v(H2)=____________________；甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為____________；該溫度下反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=________________________。

(3)工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)②常用鉑作催化劑，甲、乙兩名同學(xué)在討論催化劑的選擇，甲同學(xué)認(rèn)為用鉑作催化劑會提高生產(chǎn)成本，應(yīng)研究出更廉價(jià)的催化劑；乙同學(xué)認(rèn)為使用鉑不會明顯提高生產(chǎn)成本。你認(rèn)為觀點(diǎn)更合理的是___________(填“甲”或“乙”)，原因是______________________________。

(4)HCN及其鹽均有劇毒，因此含CN-的工業(yè)廢水必須經(jīng)過處理才能排放，處理方法之一是電解氧化法；以石墨為陽極、鐵板為陰極電解含CN-的堿性廢水，將CN-轉(zhuǎn)化為N2和CO2。該方法的陽極反應(yīng)式為___________________________。為確保CN-被完全處理掉，電解一段時(shí)間后通常會加入適量氯化鈉固體，其作用可能是_____________________________。

Answer 1

【答案】 H2O(g)=1/2O2(g)+H2(g) △H=+159kJ/mol 不能 2.25 mol·L-1·h-1 50% 14.58 mol2·L-2 乙 生產(chǎn)過程中催化劑不報(bào)耗 2CN--10e-+8OH-=N2+2CO2+4H2O 增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力

【解析】氰化氫(HCN)是形成生物重要化合物的重要源或中間體，其水溶液稱氫氰酸，是一種非常弱的酸。工業(yè)上以甲烷和氨氣為原料在高溫和催化劑的作用下按下列反應(yīng)制備HCN：

(1) 2CH4(g)+3O2(g)+2NH3(g)2HCN(g)+6H2O(g) △H1=-475kJ/mol①；CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g) △H2=+240kJ/mol②。由(②①)可得H2O(g)= H2(g)+ O2(g)，△H=[+240kJ/mol（-475kJ/mol）]+159kJ/mol，所以，該條件下1mol水蒸氣分解為氫氣和氧氣的熱化學(xué)方程式為H2O(g)= H2(g)+ O2(g) △H=+159kJ/mol。因?yàn)椴恢�道水蒸氣變成液態(tài)水的熱效應(yīng)，根據(jù)題中信息不能計(jì)算出氫氣的燃燒熱。

(2)在恒溫恒容的密閉容器中按照體積比6：5的比例充入甲烷和氨氣發(fā)生反應(yīng)②CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g)，由圖可知，從開始到0.8h達(dá)平衡狀態(tài)的過程中氨氣的濃度從1mol/L減少到0.4mol/L，氨氣的變化量為0.6mol/L，則氫氣的變化量為1.8mol/L，v(H2)=2.25 mol·L-1·h-1；由氨氣的起始量可以求出甲烷的起始量為1.2mol/L，變化量與氨氣相同，也是0.6mol/L，所以甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為50%；該溫度下反應(yīng)②的平衡常數(shù)K= 14.58 mol2·L-2。

(3)工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)②常用鉑作催化劑，甲、乙兩名同學(xué)在討論催化劑的選擇，甲同學(xué)認(rèn)為用鉑作催化劑會提高生產(chǎn)成本，應(yīng)研究出更廉價(jià)的催化劑；乙同學(xué)認(rèn)為使用鉑不會明顯提高生產(chǎn)成本。兩種觀點(diǎn)更合理的是乙，原因是生產(chǎn)過程中催化劑不報(bào)耗。

(4)以石墨為陽極、鐵板為陰極電解含CN-的堿性廢水，由題意可知，在陽極上CN-被氧化為N2和CO2，陽極的電極反應(yīng)式為2CN--10e-+8OH-=N2+2CO2+4H2O。為確保CN-被完全處理掉，電解一段時(shí)間后，溶液中的離子濃度減小，故其導(dǎo)電性減弱，通常會加入適量氯化鈉固體，以增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力，提高電解效率。