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第一篇
微专题热练
微专题4 化学反应速率 化学平衡
微专题热练13 化学反应速率与化学平衡综合(一)
1. (2024·苏锡常镇一模)高砷煤中含有砷硫铁(FeAsS)等物质。燃煤产生的烟气中含NO、SO2、粉尘等，经过SCR脱硝除去NO，粉尘经沉降得到粉煤灰。
(1)燃煤固硫
①燃用高砷煤时加入生石灰将大部分硫元素转化为____________(填化学式)留在煤渣中。
②高砷煤燃烧过程中，砷硫铁在高温下被氧化成As2O3释放到烟气中，该反应
的化学方程式为______________________________________________。
CaSO4
(2)SCR脱硝(脱除烟气中的NO)
在烟气中加入适量氨气，用钒氧化物作催化剂将NH3、NO、O2转化为N2。烟气中含有的As2O3会使钒氧化物催化剂中毒。
①在SCR脱硝的反应中还原剂为____________(填化学式)。
②研究发现砷中毒机理主要是As2O3分子破坏了催化剂的Lewis酸位点，使V===O数量减少(产物中As元素化合价为＋3、＋5)。请补充完整产物的结构。
答案：
NH3
③As2O5不易使催化剂中毒。但与As2O3相比，As2O5更不利于脱硝反应的进行，其原因是____________________________________________________________
_____________________。
(3)粉煤灰成分研究
粉煤灰可用于水泥工业，粉煤灰中的氨含量(NH3或铵盐)会影响水泥的性能。
①取50.00 g粉煤灰加入NaOH蒸出NH3，用20 mL 0.100 0 mol/L的H2SO4溶液吸收NH3，用0.200 0 mol/L NaOH溶液滴定过量的H2SO4溶液至终点，消耗NaOH溶液10.00 mL，计算粉煤灰中的以NH3计的氨含量(用mg/g表示，写出计算过程)。
As2O5将NH3氧化，与NO反应的NH3的量减少，产生的As2O3会使
催化剂中毒
答案：
②相同烟气所得脱硝粉煤灰(经过SCR脱硝后获得)与未脱硝粉煤灰(直接沉降获得)加水溶解后，所得浆液pH随时间的变化如图所示。脱硝粉煤灰pH始终比未脱硝粉煤灰低的原因是________________________________________________________
_______________________。
【解析】 (2)②产物中As元素化合价为＋3、＋5，As2O3分子破坏了催化剂的Lewis酸位点，故考虑有一个＋5价的As原子与2个酸位点结合，另一个＋3价的As原子仍然与3个O原子结合，故结构如答案图所示。
部分SO2被氧化为SO3，SO3与NH3、H2O反应生成的(NH4)2SO4
溶于水，呈酸性
2. (2024·苏州二调)NOx是燃煤电站产生的主要大气污染物之一。以CuO-CeO2为活性物质、γ-Al2O3为载体的催化剂，可用于烟气中NOx的脱除。
Ⅰ. 将吸附有Cu2＋、Ce3＋的Al(OH)3胶体煅烧可制得CuO-CeO2/γ-Al2O3催化剂。
已知：Al(OH)3胶粒表面带正电荷。
(1)异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3加入75 ℃水中，充分搅拌可生成Al(OH)3胶体。
①生成Al(OH)3胶体的化学方程式为____________________________________
_______________________。
②Al(OH)3胶体中，两分子Al(OH)3以配位键聚合成含四元环的二聚分子。该二
聚分子结构式为____________________。
体)＋3(CH3)2CHOH
(2)将Al(OH)3胶体与CuCl2、CeCl3溶液混合，静置、过滤、洗涤、煅烧制得催化剂。
①与CuCl2、CeCl3溶液混合前，须在Al(OH)3胶体中加入一定量NaOH溶液的目的是____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
②“煅烧”制得催化剂的过程中固体的质量先减小后增大，固体质量增加的原因是____________________________________________。
NaOH可以与胶粒表面的阳离子反应使表面带负电荷，有利于吸附Cu2＋和Ce3＋
(或NaOH与Cu2＋和Ce3＋反应，更容易在氢氧化铝胶体表面吸附)
Ce2O3在高温下被O2氧化为CeO2
Ⅱ. 将模拟烟气(主要成分为NO、NH3、O2)匀速通过装有催化剂的反应管，NH3和NO反应机理可表示如下(ads表示吸附态)：
(3)负载不同含量CeO2的催化剂对NO的脱除率随温度的变化如图所示。
①130～200 ℃温度范围内，随着温度的升高，NO脱除率均迅速增大原因是______________________________________________________________________。
②催化剂的催化效率与反应物在载体表面的吸附和活性物质表面的反应有关。温度高于400 ℃，使用催化剂B的NO脱除率明显低于催化剂A，其原因是_________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
③实验测得温度升高出口处N2O含量增大，已知NH3与O2在该催化剂下很难反
应生成N2O，N2O含量增大的原因是_____________________________________(用化学方程式表示)。
催化剂活性随温度升高而增大与温度升高共同使NO的脱除速率迅速增大
载体Al2O3的含量减少，高于400 ℃时，催化剂表面吸附NH3的量减少的影响大于活性CeO2含量增加对NO的脱除速率的影响
【解析】 (1)②Al(OH)3分子的中心Al原子周围有6个电子，为缺电子原子，即原子中含有空轨道，该空轨道容纳另一个Al(OH)3分子中的羟基上氧原子的孤电子对而形成配位键，其结构见答案。(2)①Al(OH)3胶粒表面带正电荷，不利于吸附带正电荷的Cu2＋和Ce3＋，故加入的NaOH可以与胶粒表面的阳离子反应使表面带负电荷，有利于吸附Cu2＋和Ce3＋。②煅烧开始阶段，氢氧化物失水转化为对应氧化物，固体的质量减小，但在高温下，Ce2O3能被O2氧化为CeO2，O元素的质量增大，导致固体的质量增大。(3)③已知：NH3与O2在该催化剂下很难反应生成N2O，实验测得温度升高出口处N2O含量增大，可能是烟气中的NH3与NO直接反应生成N2O。
3. (2023·南京三模)以NH3还原NOx的选择性催化还原(NH3-SCR)技术广泛应用于烟气(含NO、O2、N2等)脱硝。
(1)NOx大量排放造成的环境问题主要有___________________________________
_______________________(填一种)。
(2)以Fe-Mn/TiO2催化的NH3-SCR反应机理如图1所示(字母A～D为中间体的代号)。
酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层(回答
一种即可)
②根据元素电负性的变化规律，步骤Ⅰ、Ⅱ的过程可描述为__________________
________________________________________________________________________________________。
图1
NH3中带部分负电荷的N与A中带正电荷的Mn作用生成B，B中带部分正电荷的H转移到带负电荷的O上生成C
①NH3-SCR反应的化学方程式为______________________________________。
图2
催化剂活性降低，NH3转化为N2的速率降低；部分NH3被氧
化为NO
图3
图4
①反应17～19.2 h时，NH3脱除率下降，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②通入O2后，NO选择性增大，其原因是_________________________________________________________________________________。
该时间段内发生的反应为NH3与CuO反应生成Cu(或Cu2O)和N2，随时间推移，CuO与Cu2O的量减少，NH3氧化为N2的速率降低
随时间推移，Cu被O2氧化为CuO的量
增多，NH3被CuO催化氧化成NO的量增大
4. (2023·苏锡常镇一调)工业上利用甲醇和水蒸气可制备氢气。催化重整法制氢反应如下：
反应1.CH3OH(g)===CO(g)＋2H2(g)
ΔH1＝＋90.6 kJ/mol
反应2.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.2 kJ/mol
反应3.CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)ΔH3＝ ＋49.4kJ/mol
图1
①当水、甲醇比大于0.8时，CO选择性下降的原因是_______________________
______________________________________________________________________。
②当水、甲醇比一定时，温度升高，CO选择性有所上升，可能原因是________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
增加水的用量，反应2平衡
向正反应方向移动，反应3中更多的CH3OH转化为CO2，都使CO选择性下降
升高温度，反应1的ΔH1>0，平衡正向移动，反应2的ΔH2<0，平衡逆向移动，都使CO选择性上升；反应3的ΔH3>0，平衡正向移动，使更多的甲醇转化为CO2，使CO2选择性上升，但此影响程度小于前两者使CO选择性上升的影响，故CO选择性上升仍然随温度的升高而上升
(2)铜基催化剂(Cu/CeO2)能高效进行甲醇重整制氢，但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。
①甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH)，重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活，其原理用化学方程式表示为_____________________________________。
②将失活的铜基催化剂分为两份，第一份直接在氢气下进行还原，第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原。结果只有第二份催化剂活性恢复，说明催化剂失活的另外可能的原因是____________________________________。
CH3SH＋ZnO===ZnS＋CH3OH
催化剂表面有积碳沉积
(3)在Pt-Pd合金表面上甲醇与水蒸气重整反应的机理如图2所示(“*”表示此微粒吸附在催化剂表面，M为反应过程中的中间产物)。
根据元素电负性的变化规律，推导M的结构简式：_________；描述步骤2的反应机理：________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
吸附在催化剂表面的H2O断裂为H、OH，H原子与甲醛分子中氧原子结
合，OH与碳原子结合，生成的 (通过氧原子)吸附在催化剂表面
【解析】 (1)①当水、甲醇比大于0.8时，水的含量增加，促进反应2、3正向进行，二氧化碳选择性上升，CO选择性下降。②反应1为吸热反应，升高温度，使得甲醇转化为CO的平衡转化率上升；反应3为吸热反应，升高温度，使得甲醇转化为二氧化碳的平衡转化率上升；且上升幅度前者超过后者，导致一氧化碳选择性上升。(2)①原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活，由催化重整法制氢反应可知，甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH)，重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活，其原理是甲硫醇和氧化锌反应生成硫化锌、甲醇，反应为CH3SH＋ZnO===ZnS＋CH3OH。②第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原，使得第二份催化剂活性恢复，说明催化剂失活的另外可能的原因是催化剂表面有积碳沉积，而煅烧可以将积碳除去使得催化剂活性恢复。
5. (2024·南通如皋)生物质铁炭纳米材料可以活化过一硫酸盐，降解废水中有机污染物。
(1)生物质铁炭纳米材料活化过一硫酸钾(KHSO5)降解有机污染物的反应历程如图1所示。图中SO和·OH分别表示硫酸根自由基和羟基自由基。
②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的机理可描述为____________________
____________________________________________________________________________________________________________________________。
纳米铁颗粒失去电子，
和·OH与难降解有机污染物反应生成CO2和H2O
(2)与直接使用纳米铁颗粒相比，使用生物质铁炭纳米材料降解的优点是________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)铁炭纳米材料在不同pH对有机污染物去除率(c/c0：溶液有机物浓度与初始有机物浓度的比值)的影响如图2所示，pH越小有机污染物去除率越高的原因是______
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
石墨碳层可以增加反应的接触面积；石墨碳层的包裹可以减少铁的渗出，减少二
次污染
pH越
图3
有机污染物的降解速率低或不能降解有机物
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1. (2024·苏锡常镇一模)高砷煤中含有砷硫铁(FeAsS)等物质。燃煤产生的烟气中含NO、SO2、粉尘等，经过SCR脱硝除去NO，粉尘经沉降得到粉煤灰。
(1)燃煤固硫
①燃用高砷煤时加入生石灰将大部分硫元素转化为 CaSO4 (填化学式)留在煤渣中。
②高砷煤燃烧过程中，砷硫铁在高温下被氧化成As2O3释放到烟气中，该反应的化学方程式为 2FeAsS＋5O2As2O3＋Fe2O3＋2SO2 。
(2)SCR脱硝(脱除烟气中的NO)
在烟气中加入适量氨气，用钒氧化物作催化剂将NH3、NO、O2转化为N2。烟气中含有的As2O3会使钒氧化物催化剂中毒。
①在SCR脱硝的反应中还原剂为 NH3 (填化学式)。
②研究发现砷中毒机理主要是As2O3分子破坏了催化剂的Lewis酸位点，使V===O数量减少(产物中As元素化合价为＋3、＋5)。请补充完整产物的结构。
答案：
③As2O5不易使催化剂中毒。但与As2O3相比，As2O5更不利于脱硝反应的进行，其原因是 As2O5将NH3氧化，与NO反应的NH3的量减少，产生的As2O3会使催化剂中毒 。
(3)粉煤灰成分研究
粉煤灰可用于水泥工业，粉煤灰中的氨含量(NH3或铵盐)会影响水泥的性能。
①取50.00 g粉煤灰加入NaOH蒸出NH3，用20 mL 0.100 0 mol/L的H2SO4溶液吸收NH3，用0.200 0 mol/L NaOH溶液滴定过量的H2SO4溶液至终点，消耗NaOH溶液10.00 mL，计算粉煤灰中的以NH3计的氨含量(用mg/g表示，写出计算过程)。
答案：
过量的硫酸物质的量n(H2SO4)＝0.200 0 mol/L×10.00×10－3 L×＝1.000×10－3 mol
吸收的氨气物质的量n(NH3)＝(0.100 0 mol/L×20.00×10－3 L－1.000×10－3 mol)×2＝2.000×10－3 mol
粉煤灰中的氨含量w(NH3)＝×1 000 mg/g＝0.68 mg/g
②相同烟气所得脱硝粉煤灰(经过SCR脱硝后获得)与未脱硝粉煤灰(直接沉降获得)加水溶解后，所得浆液pH随时间的变化如图所示。脱硝粉煤灰pH始终比未脱硝粉煤灰低的原因是 部分SO2被氧化为SO3，SO3与NH3、H2O反应生成的(NH4)2SO4溶于水，呈酸性 。
【解析】 (2)②产物中As元素化合价为＋3、＋5，As2O3分子破坏了催化剂的Lewis酸位点，故考虑有一个＋5价的As原子与2个酸位点结合，另一个＋3价的As原子仍然与3个O原子结合，故结构如答案图所示。
2. (2024·苏州二调)NOx是燃煤电站产生的主要大气污染物之一。以CuO-CeO2为活性物质、γ-Al2O3为载体的催化剂，可用于烟气中NOx的脱除。
Ⅰ. 将吸附有Cu2＋、Ce3＋的Al(OH)3胶体煅烧可制得CuO-CeO2/γ-Al2O3催化剂。
已知：Al(OH)3胶粒表面带正电荷。
(1)异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3加入75 ℃水中，充分搅拌可生成Al(OH)3胶体。
①生成Al(OH)3胶体的化学方程式为 Al[OCH(CH3)2]3＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3(CH3)2CHOH 。
②Al(OH)3胶体中，两分子Al(OH)3以配位键聚合成含四元环的二聚分子。该二聚分子结构式为 。
(2)将Al(OH)3胶体与CuCl2、CeCl3溶液混合，静置、过滤、洗涤、煅烧制得催化剂。
①与CuCl2、CeCl3溶液混合前，须在Al(OH)3胶体中加入一定量NaOH溶液的目的是 NaOH可以与胶粒表面的阳离子反应使表面带负电荷，有利于吸附Cu2＋和Ce3＋(或NaOH与Cu2＋和Ce3＋反应，更容易在氢氧化铝胶体表面吸附) 。
②“煅烧”制得催化剂的过程中固体的质量先减小后增大，固体质量增加的原因是 Ce2O3在高温下被O2氧化为CeO2 。
Ⅱ. 将模拟烟气(主要成分为NO、NH3、O2)匀速通过装有催化剂的反应管，NH3和NO反应机理可表示如下(ads表示吸附态)：
(3)负载不同含量CeO2的催化剂对NO的脱除率随温度的变化如图所示。
①130～200 ℃温度范围内，随着温度的升高，NO脱除率均迅速增大原因是 催化剂活性随温度升高而增大与温度升高共同使NO的脱除速率迅速增大 。
②催化剂的催化效率与反应物在载体表面的吸附和活性物质表面的反应有关。温度高于400 ℃，使用催化剂B的NO脱除率明显低于催化剂A，其原因是 载体Al2O3的含量减少，高于400 ℃时，催化剂表面吸附NH3的量减少的影响大于活性CeO2含量增加对NO的脱除速率的影响 。
③实验测得温度升高出口处N2O含量增大，已知NH3与O2在该催化剂下很难反应生成N2O，N2O含量增大的原因是 2NH3＋8NO5N2O＋3H2O (用化学方程式表示)。
【解析】 (1)②Al(OH)3分子的中心Al原子周围有6个电子，为缺电子原子，即原子中含有空轨道，该空轨道容纳另一个Al(OH)3分子中的羟基上氧原子的孤电子对而形成配位键，其结构见答案。(2)①Al(OH)3胶粒表面带正电荷，不利于吸附带正电荷的Cu2＋和Ce3＋，故加入的NaOH可以与胶粒表面的阳离子反应使表面带负电荷，有利于吸附Cu2＋和Ce3＋。②煅烧开始阶段，氢氧化物失水转化为对应氧化物，固体的质量减小，但在高温下，Ce2O3能被O2氧化为CeO2，O元素的质量增大，导致固体的质量增大。(3)③已知：NH3与O2在该催化剂下很难反应生成N2O，实验测得温度升高出口处N2O含量增大，可能是烟气中的NH3与NO直接反应生成N2O。
3. (2023·南京三模)以NH3还原NOx的选择性催化还原(NH3-SCR)技术广泛应用于烟气(含NO、O2、N2等)脱硝。
(1)NOx大量排放造成的环境问题主要有 酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层(回答一种即可) (填一种)。
(2)以Fe-Mn/TiO2催化的NH3-SCR反应机理如图1所示(字母A～D为中间体的代号)。
①NH3-SCR反应的化学方程式为 4NH3＋4NO＋O24N2＋6H2O 。
②根据元素电负性的变化规律，步骤Ⅰ、Ⅱ的过程可描述为 NH3中带部分负电荷的N与A中带正电荷的Mn作用生成B，B中带部分正电荷的H转移到带负电荷的O上生成C 。
图1
(3)常压下，将一定比例的NH3、NO、O2、N2的混合气体匀速通过装有催化剂的反应管，测得NO的转化率与N2的选择性如图2所示。温度高于350 ℃，N2选择性下降的原因是 催化剂活性降低，NH3转化为N2的速率降低；部分NH3被氧化为NO 。
图2
(4)研究NH3-SCR法尾气中NH3脱除机理的流程如图3所示。其他条件一定时，在不通O2、通入O2两种情况下，NH3的脱除率、NO的选择性与通气时间的关系如图4所示。
图3
图4
①反应17～19.2 h时，NH3脱除率下降，其原因是 该时间段内发生的反应为NH3与CuO反应生成Cu(或Cu2O)和N2，随时间推移，CuO与Cu2O的量减少，NH3氧化为N2的速率降低 。
②通入O2后，NO选择性增大，其原因是 随时间推移，Cu被O2氧化为CuO的量增多，NH3被CuO催化氧化成NO的量增大 。
【解析】 (1)氮氧化物对环境的危害有形成酸雨、与烃等反应生成光化学烟雾、破坏臭氧层等。(2)①由反应的机理可知，参加反应的物质有NH3、NO、O2，产物有N2、H2O，反应的化学方程式为4NH3＋4NO＋O24N2＋6H2O。(3)根据催化剂的活性与温度有关可知，当温度高于350 ℃时，温度过高导致催化剂活性降低，NH3转化为N2的速率降低；在反应过程中，温度过高时，可能有部分NH3被氧化为NO而不是N2，也会使得N2的选择性降低。(4)①脱除NH3的过程为NH3被CuO氧化的过程，随着反应的进行，NH3逐渐消耗CuO，使得CuO的量减少，从而导致NH3氧化为N2的速率降低。②通入O2后，被NH3还原后得到的Cu又重新被通入的O2氧化为CuO，随着CuO的量的增多，NH3被CuO氧化成NO的量增大，则NO的选择性增大。
4. (2023·苏锡常镇一调)工业上利用甲醇和水蒸气可制备氢气。催化重整法制氢反应如下：
反应1.CH3OH(g)===CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋90.6 kJ/mol
反应2.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.2 kJ/mol
反应3.CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)ΔH3＝ ＋49.4kJ/mol
(1)以CuO-ZnO-Al2O3催化剂进行甲醇重整制氢时，固定其他条件不变，改变水、甲醇的物质的量比，甲醇平衡转化率及CO选择性的影响如图1所示。CO选择性＝ ×100%。
图1
①当水、甲醇比大于0.8时，CO选择性下降的原因是 增加水的用量，反应2平衡向正反应方向移动，反应3中更多的CH3OH转化为CO2，都使CO选择性下降 。
②当水、甲醇比一定时，温度升高，CO选择性有所上升，可能原因是 升高温度，反应1的ΔH1>0，平衡正向移动，反应2的ΔH2<0，平衡逆向移动，都使CO选择性上升；反应3的ΔH3>0，平衡正向移动，使更多的甲醇转化为CO2，使CO2选择性上升，但此影响程度小于前两者使CO选择性上升的影响，故CO选择性上升仍然随温度的升高而上升 。
(2)铜基催化剂(Cu/CeO2)能高效进行甲醇重整制氢，但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。
①甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH)，重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活，其原理用化学方程式表示为 CH3SH＋ZnO===ZnS＋CH3OH 。
②将失活的铜基催化剂分为两份，第一份直接在氢气下进行还原，第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原。结果只有第二份催化剂活性恢复，说明催化剂失活的另外可能的原因是 催化剂表面有积碳沉积 。
(3)在Pt-Pd合金表面上甲醇与水蒸气重整反应的机理如图2所示(“*”表示此微粒吸附在催化剂表面，M为反应过程中的中间产物)。
图2
根据元素电负性的变化规律，推导M的结构简式： ；描述步骤2的反应机理： 吸附在催化剂表面的H2O断裂为H、OH，H原子与甲醛分子中氧原子结合，OH与碳原子结合，生成的 (通过氧原子)吸附在催化剂表面 。
【解析】 (1)①当水、甲醇比大于0.8时，水的含量增加，促进反应2、3正向进行，二氧化碳选择性上升，CO选择性下降。②反应1为吸热反应，升高温度，使得甲醇转化为CO的平衡转化率上升；反应3为吸热反应，升高温度，使得甲醇转化为二氧化碳的平衡转化率上升；且上升幅度前者超过后者，导致一氧化碳选择性上升。(2)①原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活，由催化重整法制氢反应可知，甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH)，重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活，其原理是甲硫醇和氧化锌反应生成硫化锌、甲醇，反应为CH3SH＋ZnO===ZnS＋CH3OH。②第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原，使得第二份催化剂活性恢复，说明催化剂失活的另外可能的原因是催化剂表面有积碳沉积，而煅烧可以将积碳除去使得催化剂活性恢复。
5. (2024·南通如皋)生物质铁炭纳米材料可以活化过一硫酸盐，降解废水中有机污染物。
(1)生物质铁炭纳米材料活化过一硫酸钾(KHSO5)降解有机污染物的反应历程如图1所示。图中SO和·OH分别表示硫酸根自由基和羟基自由基。
图1
①H2SO5(S元素的化合价为＋6)在水中的电离过程为H2SO5===H＋＋HSO、HSOH＋＋SO[Ka2(HSO)＝4×10－10]。写出HSO的结构式： 。
②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的机理可描述为 纳米铁颗粒失去电子，经过石墨碳层传导至表面，HSO得到电子生成SO和OH－或·OH和SO，活性SO和·OH与难降解有机污染物反应生成CO2和H2O 。
③若有机污染物为苯酚，写出酸性条件下SO与苯酚反应的化学方程式： 28SO＋11H2O＋C6H6O===6CO2↑＋28H＋＋28SO 。
(2)与直接使用纳米铁颗粒相比，使用生物质铁炭纳米材料降解的优点是 石墨碳层可以增加反应的接触面积；石墨碳层的包裹可以减少铁的渗出，减少二次污染 。
(3)铁炭纳米材料在不同pH对有机污染物去除率(c/c0：溶液有机物浓度与初始有机物浓度的比值)的影响如图2所示，pH越小有机污染物去除率越高的原因是 pH越小，越有利于纳米铁释放电子，生成SO或·OH速率越快，同时pH越小时，主要以
HSO形式存在，HSO浓度大，生成SO或·OH速率也越快，所以有机污染物去除速率增大。
图2 图3
(4)已知微粒的氧化性：SO>·OH>CO。水中存在一定量HCO和无HCO存在时对铁炭纳米材料降解有机污染物的影响如图3所示。HCO的存在对有机污染物的降解有影响，原因是 HCO会与生成的SO和·OH转化为氧化性更低的CO，CO对有机污染物的降解速率低或不能降解有机物 。
【解析】 (1)①H2SO5是二元酸，则分子内有2个羟基氢，HSO中有1个羟基氢，HSO中S元素化合价为＋6，结合名称“过硫酸钾”可知HSO中含一个过氧键，故HSO的结构式为。(2)降解过程中都是铁失去电子、HSO得到电子生成SO和OH－或·OH和SO，活性SO和·OH与难降解有机污染物反应生成CO2和H2O，但使用生物质铁炭纳米材料时，失去的电子需经过石墨碳层传导至表面，石墨碳层可以增加反应的接触面积，同时石墨碳层的包裹可以减少铁的渗出，减少二次污染。微专题热练13 化学反应速率与化学平衡综合(一)
1. (2024·苏锡常镇一模)高砷煤中含有砷硫铁(FeAsS)等物质。燃煤产生的烟气中含NO、SO2、粉尘等，经过SCR脱硝除去NO，粉尘经沉降得到粉煤灰。
(1)燃煤固硫
①燃用高砷煤时加入生石灰将大部分硫元素转化为 (填化学式)留在煤渣中。
②高砷煤燃烧过程中，砷硫铁在高温下被氧化成As2O3释放到烟气中，该反应的化学方程式为
。
(2)SCR脱硝(脱除烟气中的NO)
在烟气中加入适量氨气，用钒氧化物作催化剂将NH3、NO、O2转化为N2。烟气中含有的As2O3会使钒氧化物催化剂中毒。
①在SCR脱硝的反应中还原剂为 (填化学式)。
②研究发现砷中毒机理主要是As2O3分子破坏了催化剂的Lewis酸位点，使V===O数量减少(产物中As元素化合价为＋3、＋5)。请补充完整产物的结构。
③As2O5不易使催化剂中毒。但与As2O3相比，As2O5更不利于脱硝反应的进行，其原因是
。
(3)粉煤灰成分研究
粉煤灰可用于水泥工业，粉煤灰中的氨含量(NH3或铵盐)会影响水泥的性能。
①取50.00 g粉煤灰加入NaOH蒸出NH3，用20 mL 0.100 0 mol/L的H2SO4溶液吸收NH3，用0.200 0 mol/L NaOH溶液滴定过量的H2SO4溶液至终点，消耗NaOH溶液10.00 mL，计算粉煤灰中的以NH3计的氨含量(用mg/g表示，写出计算过程)。
②相同烟气所得脱硝粉煤灰(经过SCR脱硝后获得)与未脱硝粉煤灰(直接沉降获得)加水溶解后，所得浆液pH随时间的变化如图所示。脱硝粉煤灰pH始终比未脱硝粉煤灰低的原因是
。
2. (2024·苏州二调)NOx是燃煤电站产生的主要大气污染物之一。以CuO-CeO2为活性物质、γ-Al2O3为载体的催化剂，可用于烟气中NOx的脱除。
Ⅰ. 将吸附有Cu2＋、Ce3＋的Al(OH)3胶体煅烧可制得CuO-CeO2/γ-Al2O3催化剂。
已知：Al(OH)3胶粒表面带正电荷。
(1)异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3加入75 ℃水中，充分搅拌可生成Al(OH)3胶体。
①生成Al(OH)3胶体的化学方程式为 。
②Al(OH)3胶体中，两分子Al(OH)3以配位键聚合成含四元环的二聚分子。该二聚分子结构式为 。
(2)将Al(OH)3胶体与CuCl2、CeCl3溶液混合，静置、过滤、洗涤、煅烧制得催化剂。
①与CuCl2、CeCl3溶液混合前，须在Al(OH)3胶体中加入一定量NaOH溶液的目的是 。
②“煅烧”制得催化剂的过程中固体的质量先减小后增大，固体质量增加的原因是
。
Ⅱ. 将模拟烟气(主要成分为NO、NH3、O2)匀速通过装有催化剂的反应管，NH3和NO反应机理可表示如下(ads表示吸附态)：
(3)负载不同含量CeO2的催化剂对NO的脱除率随温度的变化如图所示。
①130～200 ℃温度范围内，随着温度的升高，NO脱除率均迅速增大原因是 。
②催化剂的催化效率与反应物在载体表面的吸附和活性物质表面的反应有关。温度高于400 ℃，使用催化剂B的NO脱除率明显低于催化剂A，其原因是 。
③实验测得温度升高出口处N2O含量增大，已知NH3与O2在该催化剂下很难反应生成N2O，N2O含量增大的原因是 (用化学方程式表示)。
3. (2023·南京三模)以NH3还原NOx的选择性催化还原(NH3-SCR)技术广泛应用于烟气(含NO、O2、N2等)脱硝。
(1)NOx大量排放造成的环境问题主要有 (填一种)。
(2)以Fe-Mn/TiO2催化的NH3-SCR反应机理如图1所示(字母A～D为中间体的代号)。
①NH3-SCR反应的化学方程式为 。
②根据元素电负性的变化规律，步骤Ⅰ、Ⅱ的过程可描述为 。
图1
(3)常压下，将一定比例的NH3、NO、O2、N2的混合气体匀速通过装有催化剂的反应管，测得NO的转化率与N2的选择性如图2所示。温度高于350 ℃，N2选择性下降的原因是
。
图2
(4)研究NH3-SCR法尾气中NH3脱除机理的流程如图3所示。其他条件一定时，在不通O2、通入O2两种情况下，NH3的脱除率、NO的选择性与通气时间的关系如图4所示。
图3
图4
①反应17～19.2 h时，NH3脱除率下降，其原因是 。
②通入O2后，NO选择性增大，其原因是 。
4. (2023·苏锡常镇一调)工业上利用甲醇和水蒸气可制备氢气。催化重整法制氢反应如下：
反应1.CH3OH(g)===CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋90.6 kJ/mol
反应2.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.2 kJ/mol
反应3.CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)ΔH3＝ ＋49.4kJ/mol
(1)以CuO-ZnO-Al2O3催化剂进行甲醇重整制氢时，固定其他条件不变，改变水、甲醇的物质的量比，甲醇平衡转化率及CO选择性的影响如图1所示。CO选择性＝ ×100%。
图1
①当水、甲醇比大于0.8时，CO选择性下降的原因是 。
②当水、甲醇比一定时，温度升高，CO选择性有所上升，可能原因是 。
(2)铜基催化剂(Cu/CeO2)能高效进行甲醇重整制氢，但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。
①甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH)，重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活，其原理用化学方程式表示为 。
②将失活的铜基催化剂分为两份，第一份直接在氢气下进行还原，第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原。结果只有第二份催化剂活性恢复，说明催化剂失活的另外可能的原因是 。
(3)在Pt-Pd合金表面上甲醇与水蒸气重整反应的机理如图2所示(“*”表示此微粒吸附在催化剂表面，M为反应过程中的中间产物)。
图2
根据元素电负性的变化规律，推导M的结构简式： ；描述步骤2的反应机理： 。
5. (2024·南通如皋)生物质铁炭纳米材料可以活化过一硫酸盐，降解废水中有机污染物。
(1)生物质铁炭纳米材料活化过一硫酸钾(KHSO5)降解有机污染物的反应历程如图1所示。图中SO和·OH分别表示硫酸根自由基和羟基自由基。
图1
①H2SO5(S元素的化合价为＋6)在水中的电离过程为H2SO5===H＋＋HSO、HSOH＋＋SO[Ka2(HSO)＝4×10－10]。写出HSO的结构式： 。
②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的机理可描述为 。
③若有机污染物为苯酚，写出酸性条件下SO与苯酚反应的化学方程式：
。
(2)与直接使用纳米铁颗粒相比，使用生物质铁炭纳米材料降解的优点是 。
(3)铁炭纳米材料在不同pH对有机污染物去除率(c/c0：溶液有机物浓度与初始有机物浓度的比值)的影响如图2所示，pH越小有机污染物去除率越高的原因是 。
图2 图3
(4)已知微粒的氧化性：SO>·OH>CO。水中存在一定量HCO和无HCO存在时对铁炭纳米材料降解有机污染物的影响如图3所示。HCO的存在对有机污染物的降解有影响，原因是 。
