Question

【題目】煙氣中的氮氧化物是造成大氣污染的重要因素。

（1）NOx是汽車尾氣的主要污染物之一。汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應(yīng)，其能量變化示意圖如下：

則N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為___。

（2）汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實驗室以Ag—ZSM—5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖1所示。

①若不使用CO，溫度超過775 K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為_____。

②NO直接催化分解(生成N2與O2)也是一種脫硝途徑。在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同。在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時間變化曲線如圖2所示。請寫出NO分解的化學(xué)方程式：______。

（3）一定條件下，向NOx/O3混合物中加入一定濃度的SO2氣體，進行同時脫硫脫硝實驗，實驗結(jié)果如圖3。

①同時脫硫脫硝時NO的氧化率略低的原因是____。

②由圖3可知SO2對NO的氧化率影響很小的原因是_____。

（4）有人設(shè)想采用下列方法減少煙氣中的氮氧化物對環(huán)境的污染：用天然氣中的CH4、H2等還原SO2，從產(chǎn)物中分離出一種含硫質(zhì)量分數(shù)約為94%的化合物，并用這種化合物來還原NOx。請寫出這種含硫化合物和NOx反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____。

（5）某工業(yè)廢水中含有毒性較大的CN－，可用電解法將其轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>N2，裝置如圖4所示。電解池中生成N2的電極反應(yīng)式為_____。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g)；ΔH＝＋184 kJ·mol－1 NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進行 3NON2O＋NO2 SO2的氧化消耗了少量O3，減小了O3的濃度 O3氧化SO2反應(yīng)的活化能較大，O3與NO反應(yīng)速率比O3與SO2反應(yīng)速率快 2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS 2CN－＋12OH－－10e－=2CO32-＋N2↑＋6H2O

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和，從而書寫熱化學(xué)方程式；

(2) 溫度超過775 K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動；NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖像可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據(jù)原子守恒判斷產(chǎn)物書寫方程式；

(3)SO2與O3反應(yīng)導(dǎo)致減小了O3的濃度；SO2對NO的氧化率影響很小，說明臭氧與NO更易反應(yīng)；

(4) 用天然氣中的CH4、H2等還原SO2，S元素化合價降低，在含硫質(zhì)量分數(shù)約為94%的化合物S顯-2價，結(jié)合質(zhì)量守恒判斷該化合物的化學(xué)式，據(jù)此分析解答；

(5)由裝置圖可知，左邊為陽極為CN-失電子生成氮氣的反應(yīng)，由此書寫電極反應(yīng)式。

(1)該反應(yīng)中的反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=(946+498)kJ/mol-2×630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N2和O2反應(yīng)生成NO的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+184kJmol-1；故答案為：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+184kJmol-1；

(2)①若不使用CO，溫度超過775 K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，則該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進行；

②NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5，由圖像可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應(yīng)方程式為：3NO=Y+Z，根據(jù)原子守恒可知為N2O、NO2，所以方程式為3NON2O+NO2，故答案為：3NON2O+NO2

(3)①SO2與O3反應(yīng)，減小了O3的濃度，從而使NO的氧化率略低，故答案為：SO2的氧化消耗了少量O3，減小了O3的濃度；

②SO2對NO的氧化率影響很小，說明臭氧與NO更易反應(yīng)，可說明O3氧化SO2反應(yīng)的活化能較大，O3與NO反應(yīng)速率比O3與SO2反應(yīng)速率快，故答案為：SO2的氧化消耗了少量O3，減小了O3的濃度；O3氧化SO2反應(yīng)的活化能較大，O3與NO反應(yīng)速率比O3與SO2反應(yīng)速率快；

(4) 用天然氣中的CH4、H2等還原SO2，S元素化合價降低，從產(chǎn)物中分離出一種含硫質(zhì)量分數(shù)約為94%的化合物，根據(jù)質(zhì)量守恒，該化合物只能含有H和S元素，為H2S，H2S還原NOx生成氮氣和硫，反應(yīng)的方程式為2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS，故答案為：2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS；

(5)根據(jù)圖像，左邊電極上CN－轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>N2，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，CN-失電子生成氮氣，因為溶液顯堿性，因此電極反應(yīng)式為：2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑+6H2O，故答案為：2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑+6H2O。