Question

【題目】第19屆亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)將于2022年在杭州舉行，杭州的空氣與水質(zhì)量的提高越來(lái)越成為人們關(guān)注的問(wèn)題。其中，煙氣中的NOx與水中總氮含量(包括有機(jī)氮及NO3-、NO2-、NH4+等無(wú)機(jī)氮)都必須脫除(即脫硝)后才能排放。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

I.空氣的脫硝處理：

已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝ -890.3.kJ· mol-1

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) ΔH2＝ +180.kJ· mol-1

（1）CH4可用于脫硝，其化學(xué)方程式為CH4(g)＋4NO(g)CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝____kJ· mol-1。在恒溫，恒容的密閉容器中通入2mol CH4和4mol NO，下列說(shuō)法正確的是____。

A.甲烷過(guò)量，可將NO完全轉(zhuǎn)化為N2

B.從反應(yīng)開(kāi)始到平衡的過(guò)程中，NO的轉(zhuǎn)化率一直增大

C.反應(yīng)過(guò)程中，容器中的壓強(qiáng)保持不變

D.平衡后，再通入一定量的甲烷，正反應(yīng)速率增大

（2）C2H4也可用于煙氣脫硝。為研究溫度、催化劑中Cu2＋負(fù)載量對(duì)其NO去除率的影響，控制其他條件一定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。為達(dá)到最高的NO去除率，應(yīng)選擇的反應(yīng)溫度和Cu2＋負(fù)載量分別是____。

II.水的脫硝處理：

（3）水中的含氮物質(zhì)在好氧硝化菌的作用下有如下反應(yīng)：

2NH4+(aq)+3O2(g)=2NO2-(aq)+4H+(aq)+2H2O(l)(快反應(yīng))

2NO2-(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)(慢反應(yīng))

20℃時(shí)含氮廢水(以NH4＋)的NH4+的濃度隨DO(水體中溶解氧)濃度的變化曲線如圖2所示，在圖2上畫(huà)出20℃時(shí)NO2-的濃度隨DO的變化趨勢(shì)圖。_______

（4）研究表明，用電解法除去氨氮廢水(反應(yīng)中視為NH4+)有很高的脫氮(轉(zhuǎn)化為N2)效率，寫(xiě)出該過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式____。

Answer 1

【答案】-1250.3 BD 3%、350℃左右 2NH4+－6e－=N2+8H+

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析解答；A．可逆反應(yīng)中反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物；B．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡的過(guò)程中，NO的物質(zhì)的量一直在減少；C．反應(yīng)過(guò)程中，氣體總物質(zhì)的量減少；D．再通入一定量的甲烷，反應(yīng)物濃度增大；

(2)根據(jù)圖像找出NO去除率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度和催化劑中Cu2+負(fù)載量；

(3)由題給信息可知，生成NO2-的反應(yīng)較快，后逐漸被氧化生成NO3-，NO2-濃度先增大后減��；

(4)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，NH4+被氧化生成氮?dú)狻?/span>

I．(1)根據(jù)蓋斯定律求解，CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H= -890.3kJmol-1①；N2(g)+O2(g)═2NO(g) △H= +180kJmol-1②；CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l) △H3③；則③=①-②×2，△H3=△H1-2△H2= -890.3-2×(+180)=-1250.3kJ；

A．可逆反應(yīng)中反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，所以NO不能完全反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡的過(guò)程中，NO的物質(zhì)的量一直在減少，則NO轉(zhuǎn)化率一直增大，故B正確；

C．反應(yīng)過(guò)程中，氣體總物質(zhì)的量減少，氣體壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，所以壓強(qiáng)減小，故C錯(cuò)誤；

D．平衡后，再通入一定量的甲烷，反應(yīng)物濃度增大，濃度越大，反應(yīng)速率越快，則正反應(yīng)速率加快，故D正確；故選BD；

(2)由圖1可知在350℃左右，催化劑中Cu2+負(fù)載量為3%時(shí)，NO去除率最高；

(3)由題給信息可知，生成NO2-的反應(yīng)較快，后逐漸被氧化生成NO3-，NO2-濃度先增大后減小，則圖像為；

(4)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，NH4+被氧化生成氮?dú)�，電極方程式為2NH4+-6e-=N2+8H+。