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、碳氫化合物轉(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）電化學降解治理水中硝酸鹽污染．在酸性條件下，電化學降解NO的原理如圖1，陰極反應式為

 

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

 

，t₁時刻后，反應仍在進行，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

 

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

 

．通常地下水中含有CO₃^2-，會降低脫氮效果，其原因為

 

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Answer 1

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

專題：電化學專題,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生成氮氣和二氧化碳；
（2）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應是氧化還原反應，氮氧化物把氨氣氧化為氮氣，本身被還原為氮氣，可以利用反應方程式通過設未知列方程組計算；也可以根據(jù)氧化還原反應的電子守恒計算；也可以利用平均值法計算；
（3）在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應；
（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⁺，故反應物為Fe和H⁺、NO₃^-，生成物為Fe²⁺ 和NH₄⁺，可寫出化學方程式為4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；Fe²⁺水解呈酸性，當溶液中PH較大時會促進Fe²⁺水解；（3）在溶液中進行的反應，影響化學反應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反應速率來回答；根據(jù)實驗原理：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生成氮氣和二氧化碳，反應方程式為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)反應可知：氨氣被氧化為氮氣，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮氣，NO～N₂～2e^-二氧化氮被還原為氮氣NO₂～N₂～4e^-
設一氧化氮體積為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，即為陰極，反應式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
故答案為：2NO+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
（4）①t₁時刻前H⁺、NO₃^- 濃度減小，F(xiàn)e²⁺ 和NH₄⁺的濃度增大，故反應的離子方程式為4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．Fe粉足量，反應仍在進行，F(xiàn)e²⁺的濃度沒有增大的原因是發(fā)生了水解反應，因為溶液的pH增大，促進了水解；
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加入上述KNO₃溶液中，活性炭和鐵構成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應速率（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)實驗原理：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物的表面阻止反應進行．
故答案為：活性炭和鐵構成了原電池，加快反應速率； Fe²⁺ 與CO₃^2-反應生成的難溶物覆蓋在反應物的表面阻止反應進行（或者CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液酸性減弱，脫氮效果降低）．

點評：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，熟練掌握知識的遷移和應用是解答本題的關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．