Question

【題目】燃煤煙氣中含有大量SO2和NO。某科研小組研究臭氧氧化-堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應原理及反應熱、活化能數據如下：

反應Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) △H1＝－200.9kJ/mol Ea1=3.2kJ/mol

反應Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H2＝－241.6kJ/mol Ea2=58kJ/mol

已知該體系中溫度80℃以上臭氧發生分解反應：2O3(g)3O2(g)。請回答：

（1）已知反應Ⅰ在低溫下自發進行，則該反應的熵變△S___0（填“大于”或“小于”）。

（2）其它條件不變，每次向反應器中充入含1.0molNO、1molSO2的模擬煙氣和2.0molO3，改變溫度，反應相同時間后體系中NO和SO2的轉化率如圖所示：

①由圖可知相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2，結合題中數據分析其可能原因___。

②100℃、反應相同時間t時O3的分解率達10%，則體系中剩余O3的物質的量是___mol。

③下列法正確的是___。

A.P點一定為平衡狀態點

B.溫度高于200℃后，NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降、最后幾乎為零

C.其它條件不變，若縮小反應器的容積可提高NO和SO2的轉化率

D.臭氧氧化過程不能有效地脫除SO2，但后續步驟堿吸收可以有效脫硫

（3）工業上可以通過電解NO制備NH4NO3，原理如圖所示。寫出電解過程陽極的電極反應式___。

Answer 1

【答案】小于 反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發生反應 0.65 BCD NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+

【解析】

(1)根據G=△H-T△S＜0，反應能夠自發進行，結合低溫下自發進行分析判斷；

(2)①反應的活化能越小，反應越容易進行；②根據圖像，反應Ⅰ中NO轉化率為85%，反應Ⅱ中SO2的轉化率30%，2O3(g)3O2(g)，發生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，據此分析計算體系中剩余O3的物質的量；③該圖象中屬于描點法所得圖象，P點不一定為圖象的最高點；溫度高于200°C，臭氧分解的程度加大，體系臭氧濃度減��；若縮小反應器的容積，2O3(g)3O2(g)，平衡逆向進行，臭氧濃度增大；二氧化硫屬于酸性氧化物，據此分析判斷；

(3)工業上電解NO制備 NH4NO3，陽極發生氧化反應，NO被氧化生成NO3-，陰極發生還原反應，NO被還原生成NH4+，據此分析書寫電極反應式。

(1)反應I：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJ/mol為放熱反應，即△H＜0，又在低溫下自發進行，根據G=△H-T△S＜0自發可知，△S小于0，故答案為：小于；

(2)①反應Ⅰ：NO(g)+O3(g )NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJmol-1 Ea1=3.2kJmol-1，反應Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)△H2=-241.6kJmol-1 Ea2=58kJmol-1，反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發生反應，因此，相同溫度下，NO的轉化率遠高于SO2，故答案為：反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ，相同條件下更易發生反應；

②根據圖像，反應Ⅰ：NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)△H1=-200.9kJmol-1 Ea1=3.2kJmol-1，反應中NO轉化率為85%，反應的NO為0.85mol，反應的O3為0.85mol；反應Ⅱ：SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)△H2=-241.6kJmol-1 Ea2=58kJmol-1，反應中SO2的轉化率30%，反應的二氧化硫0.3mol，反應的O3為0.3mol；2O3(g)3O2(g)，發生分解反應的臭氧占充入臭氧總量的10%，為0.2mol；則體系中剩余O3的物質的量=2.0mol-0.85mol-0.3mol-0.2mol=0.65mol，故答案為：0.65；

③A．該圖象屬于描點法所得圖象，P點不一定為圖象的最高點，不一定為平衡點，可能是建立平衡狀態過程中的一點，故A錯誤；B．根據圖象可知，溫度高于200°C，2O3(g)3O2(g)，反應進行程度加大，體系中臭氧濃度迅速減小，NO、SO2的轉化率隨溫度升高顯著降低，當臭氧完全分解，則二者轉化率幾乎為0，故B正確；C．其它條件不變，若縮小反應器的容積，2O3(g)3O2(g)，平衡逆向進行，臭氧濃度增大，反應Ⅰ和反應Ⅱ的平衡均正向移動，NO和SO2的轉化率增大，故C正確；D．根據圖像，臭氧氧化過程中二氧化硫的轉化率較低，不能有效地脫除SO2，二氧化硫屬于酸性氧化物，可以和堿之間發生反應，后續步驟堿吸收可以有效脫硫，故D正確；故答案為：BCD；

(3)工業上電解NO制備 NH4NO3，由裝置圖可知陽極發生氧化反應，NO被氧化生成NO3-，陰極發生還原反應，NO被還原生成NH4+，陽極反應為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，陰極反應為：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，故答案為：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。