Question

【題目】NOx(主要指NO和NO2)是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環(huán)境保護(hù)的重要課題。

(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ/mol

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ/mol

2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221 kJ/mol

若某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=，請(qǐng)寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式____________。

(2)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，電解該混合溶液可獲得較濃的硝酸。寫出電解時(shí)陽極的電極反應(yīng)式：_________________________。

(3)NO2用氨水吸收能生成NH4NO3，25℃時(shí)，將amolNH4NO3溶于水配成bL溶液，溶液顯酸性，常溫下向該溶液通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL氨氣后溶液呈中性，則通入氨氣的過程中水的電離平衡將_____(填“正向”“不”“逆向”)移動(dòng)，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下氨氣的體積為_________L(設(shè)通入氨氣后溶液的體積不變，用含a的代數(shù)式表示，已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)為2.0×10-5)

(4)催化氧化法去除NO是在一定條件下，用NH3消除NO污染，其反應(yīng)原理為4NH3+6NO5N2+6H2O不同溫度條件下，n(NH3)：n(NO)的物質(zhì)的量之比分別為4：1、3：1、1：3時(shí)，得到NO脫除率曲線如圖所示：

①由圖可知，無論以何種比例反應(yīng)，在溫度超過900℃時(shí)NO脫除率都會(huì)驟然下降的原因可能是________。

②曲線a中NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為_____________mg/(m3·s)。

③曲線c對(duì)應(yīng)NH3與NO的物質(zhì)的量之比是____________。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=–746.5kJ/mol HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+ 逆向 或0.112a 催化劑活性下降 1.5×10-4 1：3

【解析】

(1)根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義書寫相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律將已知的三個(gè)熱化學(xué)方程式進(jìn)行疊加就可以得到待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，電解該溶液，電解該溶液得到較濃的硝酸，說明是NO2-失去電子，發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫發(fā)生的電極反應(yīng)；

(3)NH4NO3是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中由于NH4+水解使溶液顯酸性，向該溶液中通入氨氣，導(dǎo)致NH3H2O濃度增大，根據(jù)鹽水解平衡分析判斷；先計(jì)算溶液中c(NH4+)，利用電離平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出c(NH3H2O)，NH3+H2ONH3H2O，利用物質(zhì)的量與氣體體積關(guān)系計(jì)算；

(4)①根據(jù)溫度與催化劑的活性關(guān)系分析判斷；

②根據(jù)NO的脫除量變化值和脫除時(shí)間計(jì)算NO的脫出速率；

③兩種反應(yīng)物存在的反應(yīng)，增大一種反應(yīng)物的量可提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，據(jù)此分析。

(1)由于化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，因此該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ/mol

②C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ/mol

③2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221 kJ/mol

2×②-①-③，整理可得2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=–746.5kJ/mol；

(2)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，電解該溶液得到較濃的硝酸，是由于亞硝酸電離產(chǎn)生NO2-在陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+；

(3)NH4NO3是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中由于NH4+水解使溶液顯酸性，向該溶液中通入氨氣，導(dǎo)致c(NH3H2O)增大，導(dǎo)致化學(xué)平衡NH4++H2ONH3H2O+H+逆向移動(dòng)；若溶液顯中性，則c(OH-)=10-7mol/L，c(NH4+)=mol/L，c(NH3H2O)=mol/L，K==2.0×10-5，解得V=或0.112a；

(4)①根據(jù)圖像可知：無論是在什么溫度下，當(dāng)溫度超過900℃時(shí)NO脫除率都會(huì)驟然下降，是由于反應(yīng)4NH3+6NO5N2+6H2O的正反應(yīng)是在催化劑存在時(shí)進(jìn)行，催化劑只有在一定溫度范圍內(nèi)催化活性才最強(qiáng)，當(dāng)溫度超過900℃時(shí)NO脫除率都會(huì)驟然下降的原因是催化劑活性下降；

②曲線a中NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8s，根據(jù)圖象，NO的脫除率從55%上升到75%，則該段時(shí)間內(nèi)NO的脫除量為△c=6×10-4mg/m3×(75%-55%)=1.2×10-4mg/m3，時(shí)間間隔為△t=0.8s，所以該段時(shí)間內(nèi)NO的脫除速率為v==1.5×10-4 mg/(m3·s)；

③兩種反應(yīng)物存在的反應(yīng)，增大一種反應(yīng)物的量可提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)圖象，曲線c的NO脫除率最低，即NO的轉(zhuǎn)化率最低，所以NO的在總反應(yīng)物中的比例最高，符合的是n(NH3)：n(NO)的物質(zhì)的量之比1：3。