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是環境保護的重要課題。

(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

若某反應的平衡常數表達式為K=，請寫出此反應的熱化學方程式____________。

(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。寫出電解時陽極的電極反應式：_________________________。

(3)NO2用氨水吸收能生成NH4NO3，25℃時，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準狀況下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，通入標準狀況下氨氣的體積為_________L(設通入氨氣后溶液的體積不變，用含a的代數式表示，已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數為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，其反應原理為4NH3+6NO5N2+6H2O不同溫度條件下，n(NH3)：n(NO)的物質的量之比分別為4：1、3：1、1：3時，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，在溫度超過900℃時NO脫除率都會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點到B點經過0.8s，該時間段內NO的脫除速率為_____________mg/(m3·s)。

③曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是____________。

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)根據化學平衡常數的含義書寫相應的化學反應方程式，然后根據蓋斯定律將已知的三個熱化學方程式進行疊加就可以得到待求反應的熱化學方程式；

(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，發生還原反應，據此書寫發生的電極反應；

(3)NH4NO3是強酸弱堿鹽，在溶液中由于NH4+水解使溶液顯酸性，向該溶液中通入氨氣，導致NH3H2O濃度增大，根據鹽水解平衡分析判斷；先計算溶液中c(NH4+)，利用電離平衡常數表達式計算出c(NH3H2O)，NH3+H2ONH3H2O，利用物質的量與氣體體積關系計算；

(4)①根據溫度與催化劑的活性關系分析判斷；

②根據NO的脫除量變化值和脫除時間計算NO的脫出速率；

③兩種反應物存在的反應，增大一種反應物的量可提高另一種反應物的轉化率，據此分析。

(1)由于化學平衡常數是可逆反應達到化學平衡狀態時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，因此該反應的化學方程式為：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生NO2-在陽極失去電子，發生氧化反應，電極反應式為：HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+；

(3)NH4NO3是強酸弱堿鹽，在溶液中由于NH4+水解使溶液顯酸性，向該溶液中通入氨氣，導致c(NH3H2O)增大，導致化學平衡NH4++H2ONH3H2O+H+逆向移動；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根據圖像可知：無論是在什么溫度下，當溫度超過900℃時NO脫除率都會驟然下降，是由于反應4NH3+6NO5N2+6H2O的正反應是在催化劑存在時進行，催化劑只有在一定溫度范圍內催化活性才最強，當溫度超過900℃時NO脫除率都會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點到B點經過0.8s，根據圖象，NO的脫除率從55%上升到75%，則該段時間內NO的脫除量為△c=6×10-4mg/m3×(75%-55%)=1.2×10-4mg/m3，時間間隔為△t=0.8s，所以該段時間內NO的脫除速率為v==1.5×10-4 mg/(m3·s)；

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