Question

工業(yè)上通常用下列方法治理含氮化合物的污染．
（1）用稀土等催化劑能將汽車尾氣中的CO、NO_x、碳?xì)浠�合物轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)，從而減少汽車尾氣污染．寫出NO_x與CO催化轉(zhuǎn)化成N₂和CO₂的化學(xué)方程式

 

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（2）用NH₃還原NO_x生成N₂和H₂O．現(xiàn)有NO、NO₂的混合氣3L，可用同溫同壓下3.5L的NH₃恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為．
（3）電化學(xué)降解治理水中硝酸鹽污染．在酸性條件下，電化學(xué)降解NO的原理如圖1，陰極反應(yīng)式為

 

．

（4）科研小組研究鐵屑對(duì)地下水脫氮的反應(yīng)原理．
①pH=2.5時(shí)，用鐵粉還原KNO₃溶液，相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2（部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去）．請(qǐng)根據(jù)圖中信息寫出t₁時(shí)刻前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

，t₁時(shí)刻后，反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，可能的原因是

 

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②pH=2.5時(shí)，將鐵屑和活性炭同時(shí)加入硝酸鉀溶液中，可以加快脫氮速率，其原因是

 

．通常地下水中含有CO₃^2-，會(huì)降低脫氮效果，其原因?yàn)?div id="vdw49zs" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

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Answer 1

考點(diǎn)：氮的氧化物的性質(zhì)及其對(duì)環(huán)境的影響,原電池和電解池的工作原理,鐵的化學(xué)性質(zhì)

專題：電化學(xué)專題,元素及其化合物

分析：（1）催化劑條件下，氮氧化物和一氧化碳反應(yīng)生成氮?dú)夂投�氧化碳�?br />（2）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，氮氧化物把氨氣氧化為氮?dú)�，本身被還原為氮?dú)猓�可以利用反�?yīng)方程式通過設(shè)未知列方程組計(jì)算；也可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計(jì)算；也可以利用平均值法計(jì)算；
（3）在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（4）①根據(jù)圖象判斷出離子濃度減小的有H⁺、NO₃^-，增大的有Fe²⁺ 和NH₄⁺，故反應(yīng)物為Fe和H⁺、NO₃^-，生成物為Fe²⁺ 和NH₄⁺，可寫出化學(xué)方程式為4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；Fe²⁺水解呈酸性，當(dāng)溶液中PH較大時(shí)會(huì)促進(jìn)Fe²⁺水解；（3）在溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有濃度、溫度、催化劑以及固體的表面積大小等；
②根據(jù)原電池可以加快化學(xué)反應(yīng)速率來回答；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理：在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，結(jié)合碳酸根離子水解顯堿性來回答．

解答： 解：（1）催化劑條件下，氮氧化物和一氧化碳反應(yīng)生成氮?dú)夂投�氧化碳，反�?yīng)方程式為2NO_x+2xCO

催化劑  .

N₂（g）+2xCO₂；
故答案為：2NO_x+2xCO

催化劑  .

N₂（g）+2xCO₂；
（2）根據(jù)反應(yīng)可知：氨氣被氧化為氮?dú)�，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮?dú)�，NO～N₂～2e^-二氧化氮被還原為氮?dú)釴O₂～N₂～4e^-
設(shè)一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.5L，根據(jù)電子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），x=0.75L，二氧化氮體積為2.25L，則相同條件下，混合氣體中NO和NO₂的體積比等于物質(zhì)的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案為：1：3；
（3）根據(jù)裝置圖示可以看出，右端電極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即為陰極，反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
故答案為：2NO+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
（4）①t₁時(shí)刻前H⁺、NO₃^- 濃度減小，F(xiàn)e²⁺ 和NH₄⁺的濃度增大，故反應(yīng)的離子方程式為4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．Fe粉足量，反應(yīng)仍在進(jìn)行，F(xiàn)e²⁺的濃度沒有增大的原因是發(fā)生了水解反應(yīng)，因?yàn)槿芤旱膒H增大，促進(jìn)了水解；
故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；生成的Fe²⁺水解；
②將鐵屑和活性炭同時(shí)加入上述KNO₃溶液中，活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個(gè)微小的鐵碳原電池加快反應(yīng)速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺濃度），可以提高脫氮效果；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，但是CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH會(huì)降低脫氮效果，并且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，這樣碳酸亞鐵沉淀覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行．
故答案為：活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率； Fe²⁺ 與CO₃^2-反應(yīng)生成的難溶物覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行（或者CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液酸性減弱，脫氮效果降低）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查元素化合物的性質(zhì)、原電池和電解池等問題，綜合性較強(qiáng)，熟練掌握知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解答本題的關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．