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化學(xué)鏈氣化是一種新穎的污泥處理方式，該方法處理污泥中的含氮物質(zhì)主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：①將污泥中的含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為NH₃和HCN兩種氣體；②用Fe₂O₃將NH₃和HCN轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)。某研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該方法進(jìn)行了熱力學(xué)模擬?；卮鹣铝袉?wèn)題：
（1）HCN中N的化合價(jià)為
-3
-3
。
（2）HCN和Fe₂O₃反應(yīng)生成Fe和無(wú)毒物質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式
6HCN+5Fe₂O₃=10Fe+6CO₂+3N₂+3H₂O
6HCN+5Fe₂O₃=10Fe+6CO₂+3N₂+3H₂O
。
（3）已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.0kJ?mol^-1；
H₂（g）+
1
2
O₂（g）═H₂O（g）△H=-240.0kJ?mol^-1；
2Fe（s）+
3
2
O₂（g）═Fe₂O₃（s）△H=-1644.0kJ?mol^-1；
則反應(yīng)2NH₃（g）+Fe₂O₃（s）═N₂（g）+3H₂O（g）+2Fe（s）△H=
+1016
+1016
kJ?mol^-1。
（4）用Fe₂O₃處理NH₃和HCN混合氣體，反應(yīng)時(shí)間為60min,部分氣體物質(zhì)、含鐵產(chǎn)物的百分含量（物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)）隨OS/CC（Fe₂O₃與污泥摩爾比）的變化如圖。

①假設(shè)平衡時(shí)混合氣體的總濃度為1mol?L^-1，利用圖1中數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)2NH₃（g）+Fe₂O₃（s）═N₂（g）+3H₂O（g）+2Fe（s）的平衡常數(shù)K=
0
.
25
mol
/
L
×
（
0
.
45
mol
/
L
）
3
（
0
.
01
mol
/
L
）
2
0
.
25
mol
/
L
×
（
0
.
45
mol
/
L
）
3
（
0
.
01
mol
/
L
）
2
（列計(jì)算式）。若升高溫度該反應(yīng)的平衡常數(shù)將
增大
增大
。（選填“增大”、“減小”、“不變”）
②已知Fe₂O₃的還原程度隨OS/CC的增大而逐漸降低，則圖2中曲線①表示
FeO
FeO
。（選填“Fe”“FeO”“Fe₃O₄”）
③結(jié)合圖1、圖2分析，下列說(shuō)法正確的是
BD
BD
。
A.Fe₂O₃是該反應(yīng)的催化劑
B.固體產(chǎn)物經(jīng)氧化處理后可循環(huán)利用
C.OS/CC為0.03時(shí)，HCN的氧化速率比NH₃低
D.OS/CC約為0.05時(shí) Fe₂O₃的利用率和污染物處理效果最佳

【考點(diǎn)】化學(xué)平衡的計(jì)算；化學(xué)平衡的影響因素；用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算．

【答案】-3；6HCN+5Fe₂O₃=10Fe+6CO₂+3N₂+3H₂O；+1016；

mol

（

mol

）

（

mol

）

；增大；FeO；BD

【解答】

【點(diǎn)評(píng)】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：50引用：2難度：0.4

相似題

1．氫能是一種公認(rèn)的高熱值清潔能源，目前世界各國(guó)正致力于將高污染高排放的碳能源，過(guò)渡成清潔高效低排放的氫能源。
（1）我國(guó)氫氣的主要來(lái)源是焦?fàn)t氣制氫，所制得的氫氣含有較多的CO和H₂S，干法脫硫是用氧化鐵將硫元素轉(zhuǎn)化為硫化鐵。干法脫硫的反應(yīng)方程式為

。
（2）我國(guó)科研人員用木屑水蒸氣氣化制取氫燃料，在一定條件下，反應(yīng)器中存在的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ.C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）ΔH₁
Ⅱ.C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）ΔH₂
Ⅲ.CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）ΔH₃
Ⅳ.CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）ΔH₄
①為研究反應(yīng)Ⅱ的熱效應(yīng)，以0.1molC（s）、0.2molH₂（g）或0.1molCH₄（g）為初始原料，在1023K、100kPa條件下，分別在恒壓容器中進(jìn)行反應(yīng)。達(dá)平衡時(shí)，以C（s）、H₂（g）為原料，體系向環(huán)境放熱akJ；以CH₄（g）為原料，體系從環(huán)境吸熱bkJ。忽略副反應(yīng)熱效應(yīng)，則反應(yīng)Ⅱ焓變?chǔ)₂（1023K、100kPa）═

。
研究表明CaO的添加量按照CaO中所含的Ca和木屑所含C的物質(zhì)的量比
n
（
C
a
）
n
（
C
）
確定，在750℃，控制水蒸氣流量為定值，探究催化劑的催化效果，結(jié)果如下表所示。

n
（
C
a
）
n
（
C
）
氣體體積分?jǐn)?shù)/% 轉(zhuǎn)化率/%

H₂ CO CO₂ CH₄

0 45.58 22.70 22.37 7.54 61.22

0.5 52.95 21.74 19.11 5.14 56.59

1.0 58.62 22.37 12.60 5.31 61.42

②
n
（
C
a
）
n
（
C
）
由0到0.5時(shí)，H₂的體積分?jǐn)?shù)顯著增加的原因

。
③隨著反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)CaO的吸收能力逐漸降低，原因是

。
④750℃，
n
（
C
a
）
n
（
C
）
═1.0，假設(shè)各反應(yīng)達(dá)平衡后氣體組成如上表，平衡總壓為PMPa,則反應(yīng)Ⅰ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)K_P═

MPa（保留1位小數(shù)）。
（3）將氫氣儲(chǔ)存于液體燃料中，可以解決氫氣的安全高效存儲(chǔ)和運(yùn)輸。由于甲醇具有單位體積儲(chǔ)氫量高、活化溫度低等優(yōu)點(diǎn)，是理想的液體儲(chǔ)氫分子。我國(guó)學(xué)者構(gòu)建一種雙功能結(jié)構(gòu)的催化劑，反應(yīng)過(guò)程中，在催化劑的表面同時(shí)活化水和甲醇。如圖是甲醇脫氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)歷程（TS表示過(guò)渡態(tài)）。

根據(jù)圖判斷甲醇脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是

。

發(fā)布：2024/11/10 8:0:1組卷：7引用：2難度：0.5

解析

2．（1）已知：
甲醇脫水反應(yīng)   2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ?mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng)  2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ?mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng)  C₂H₅OH （g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ?mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

。
（2）如圖為乙烯氣相直接水合法制備乙醇中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系（其中n（H₂O）：n（C₂H₄）=1：1）。

若p₂=8.0MPa,列式計(jì)算A點(diǎn)的平衡常數(shù)K_p=

（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算；分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位）；
（3）以乙烯為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）。
①若KOH溶液足量，則負(fù)極的電極反應(yīng)式

。
②若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.75mol,當(dāng)有0.25mol乙烯參與反應(yīng)時(shí)（假設(shè)電解質(zhì)溶液體積變化忽略不計(jì)），則反應(yīng)后電解質(zhì)溶液中各種離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是

。
發(fā)布：2024/11/4 8:0:2組卷：21引用：1難度：0.6
解析
3．肼（N₂H₄）作為一種重要的氮?dú)浠衔?，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)12.5%，完全分解產(chǎn)物為H₂和N₂，是一種理想的液體氫源。N₂H₄分解過(guò)程中發(fā)生完全分解和不完全分解。
完全分解：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁=-50.6kJ?mol^-1 I
不完全分解：3N₂H₄（g）?4NH₃（g）+N₂（g）△H₂ II
反應(yīng)II的焓變不易測(cè)量，現(xiàn)查表得如下數(shù)據(jù)：
2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H₃=+92kJ?mol^-1 （該反應(yīng)實(shí)際未發(fā)生）
（1）反應(yīng)II在

（填高溫、低溫或任意溫度）條件下可以自發(fā)進(jìn)行。
（2）在體積固定的密閉容器中，以Ir/Al₂O₃為催化劑，在不同溫度下（催化劑均未失活）分解等量N₂H₄（一開(kāi)始體系中無(wú)其他氣體），測(cè)得反應(yīng)相同時(shí)間后的N₂H₄、NH₃和H₂體積分?jǐn)?shù)如圖1所示：

①下列說(shuō)法正確的是

A．據(jù)圖可知200℃時(shí)，反應(yīng) I的活化能低于反應(yīng)II的活化能
B.300℃后N₂H₄的體積分?jǐn)?shù)略有提高，可能由于反應(yīng)II逆向移動(dòng)導(dǎo)致
C．換用選擇更高的Ni/Ir復(fù)合催化劑可提高N₂H₄的平衡轉(zhuǎn)化率
D.400℃是該制氫工藝比較合適的生產(chǎn)溫度
②若某溫度下在1L體積固定的密閉容器中加入1molN₂H₄，反應(yīng)一段時(shí)間后達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)H₂與NH₃的物質(zhì)的量均為0.4mol。請(qǐng)計(jì)算該溫度下反應(yīng) I的平衡常數(shù)K_C=

（K_c為用氣體的濃度表示的平衡常數(shù)）
③若在600～1000℃下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)預(yù)測(cè)并在上圖中補(bǔ)充H₂體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)。
（3）近期，來(lái)自四位非洲的女孩打造了一臺(tái)靠尿液驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，其原理是把尿液以電解的方式分離出提供設(shè)備發(fā)電使用的氫氣的技術(shù)，同時(shí)將尿液脫氮（轉(zhuǎn)化為大氣循環(huán)的無(wú)污染氣體）減輕生活污水處理。以純尿液為電解液（以NH₄⁺表示尿液中氮元素的存在形式），寫(xiě)出該電解過(guò)程的總反應(yīng)方程式：

發(fā)布：2024/11/10 8:0:1組卷：4引用：1難度：0.6
解析

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n （ C a ） n （ C ）	氣體體積分?jǐn)?shù)/%				轉(zhuǎn)化率/%
n （ C a ） n （ C ）	H₂	CO	CO₂	CH₄	轉(zhuǎn)化率/%
0	45.58	22.70	22.37	7.54	61.22
0.5	52.95	21.74	19.11	5.14	56.59
1.0	58.62	22.37	12.60	5.31	61.42