Question

【題目】脫除工業(yè)廢氣中的氮氧化物(主要是指NO和NO2)可以凈化空氣、改善環(huán)境，是環(huán)境保護的主要課題。

(1)早期是利用NH3還原法，可將NOx還原為N2進行脫除。

已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=-905.9 kJ/mol

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

③H2O(g)H2O(l) △H=-44 kJ/mol

寫出常溫下，NH3還原NO反應(yīng)的熱化學方程式：____________。

(2)以漂粉精溶液為吸收劑可以有效脫除煙氣中的NO。

①漂粉精溶液的主要成分是Ca(ClO)2，若吸收過程中，消耗的Ca(ClO)2與吸收的NO的物質(zhì)的量之比為3：4，則脫除后NO轉(zhuǎn)化為____________。

②某一興趣小組研究不同溫度下相同濃度漂粉精溶液對NO脫除率的影響，結(jié)果如圖所示：

圖中，40～60℃ NO脫除率上升可能的原因為____________；60～80℃ NO脫除率下降可能的原因為____________。

(3)過硫酸鈉(Na2S2O8)氧化去除NO

第一步：NO在堿性環(huán)境中被Na2S2O8氧化為NaNO2

第二步： NaNO2繼續(xù)被氧化為NaNO3，反應(yīng)為NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O。不同溫度下，平衡時NO2-的脫除率與過硫酸鈉(Na2S2O8)初始濃度(指第二步反應(yīng)的初始濃度)的關(guān)系如圖所示：

①a、b、c、d四點平衡常數(shù)K由大到小的順序為____________，原因是____________。

②若a點(0.1，40%)時，NO2-的初始濃度為a mol·L-1，平衡時pH=13，則65℃時，第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。(用含a的代數(shù)式表示)

(4)利用新型材料光催化脫除NO法如圖所示：

某電化小組將過程A、B設(shè)計成酸性電解池反應(yīng)，則該反應(yīng)中陰極反應(yīng)為_______。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=-2069.9 kJ/mol HNO3(或NO3-) 溫度升高，化學反應(yīng)速率加快 溫度升高，氣體溶解度下降(或溫度升高，ClO-水解增強) K(b)>K(a)=K(c)=K(d) 溫度相同，化學平衡常數(shù)相同，a、c、d三點在同一溫度下，K值相同；該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，b點溫度升高，NO2的脫除率上升，說明升高溫度，化學平衡向正向移動，K值增大 O2+2e-+2H+=H2O2

【解析】

(1)常溫下氨氣還原NO產(chǎn)生N2和液體水，方程式為4NH3+6NO5N2+6H2O，將已知三個熱化學方程式疊加，可得該反應(yīng)的熱化學方程式；

(2)①根據(jù)反應(yīng)過程中電子守恒分析判斷；②根據(jù)溫度、濃度或鹽的水解等原因分析；

(3)①平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度相同，化學平衡常數(shù)相同，根據(jù)溫度與NO2-的脫除率的關(guān)系，結(jié)合平衡移動原理分析；

②根據(jù)pH計算溶液中c(H+)，利用水的離子積計算c(OH-)，結(jié)合NO2-脫除率及各種物質(zhì)的濃度計算第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值；

(4)根據(jù)電解池反應(yīng)原理分析。

(1)根據(jù)蓋斯定律，將①-②×5+③×6，整理可得4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=-2069.9 kJ/mol；

(2)①Ca(ClO)2具有氧化性，NO具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)時物質(zhì)的量之比為3：4，反應(yīng)后ClO-反應(yīng)變?yōu)?/span>Cl-，假設(shè)NO反應(yīng)后被氧化，產(chǎn)物中N元素化合價為+x，根據(jù)電子守恒可知3×2×2=4×(x-2)，解得x=+5價，所以脫除后NO轉(zhuǎn)化為+5價的HNO3(或NO3-)；

②在圖中，40～60℃NO脫除率上升可能是由于溫度升高，化學反應(yīng)速率加快，可以使NO更快反應(yīng)，導(dǎo)致NO脫除率增大；隨溫度升高，當溫度在60～80℃NO脫除率又隨溫度的升高而下降可能是由于溫度升高使氣體NO在溶液中氣體溶解度下降(或溫度升高，ClO-水解增強)；

(3)根據(jù)圖象可知：在Na2S2O8初始濃度相同時，溫度越高，NO2-脫除率越大，說明升高溫度，化學平衡正向移動，化學平衡常數(shù)增大，在相同溫度下，化學平衡常數(shù)相同，與物質(zhì)的濃度大小無關(guān)，所以a、b、c、d四點平衡常數(shù)K由大到小的順序為b>a=c=d，即K(b)>K(a)=K(c)=K(d)；

②對于反應(yīng)，NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O，由于開始時c(NO2-)=a mol/L，c(S2O82-)=0.1 mol/L，NO2-的平衡脫除率為40%，所以根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，平衡時c(NO2-)=0.6a mol/L，c(S2O82-)=(0.1-0.4a) mol/L，c(NO2-)=0.4a mol/L，c(SO42-)=0.8a mol/L，平衡時pH=13，則該溶液中c(OH-)=0.1 mol/L，所以該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K=；

(4)根據(jù)已知的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：在過程A中，O2得到電子，與溶液中的H+結(jié)合形成H2O2，電極反應(yīng)為：O2+2e-+2H+=H2O2，該電極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，即為陰極的電極反應(yīng)式；在過程B中，NO失去電子，與H2O結(jié)合形成NO，產(chǎn)生產(chǎn)生H+，電極反應(yīng)為：NO-2e-+H2O=NO2+2H+，總反應(yīng)方程式為：O2+H2O+NO=NO2+H2O2。