Question

【題目】氮氧化物NOx（主要指NO和NO2）會(huì)形成酸雨、光化學(xué)煙霧，破壞臭氧層，是大氣主要污染物之一，有效去除大氣中的NOx是環(huán)境保護(hù)的重要課題。

(1)研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時(shí)，涉及如下反應(yīng):

2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1　ΔH1<0　(Ⅰ)

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2　ΔH2<0　(Ⅱ)

①4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常數(shù)K=____(用K1、K2表示)。

②為研究不同條件對(duì)反應(yīng)(Ⅱ)的影響，在恒溫條件下，向2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min時(shí)反應(yīng)(Ⅱ)達(dá)到平衡。測(cè)得10 min內(nèi)υ(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1，則平衡后NO的轉(zhuǎn)化率α1=____。其他條件保持不變，反應(yīng)(Ⅱ)在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率α2____α1(填“>”“<”或“=”)，平衡常數(shù)K2____(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)NO能與N2O反應(yīng)生成N2和NO2，反應(yīng)的能量變化如下圖所示，若生成1 mol N2，其ΔH=____kJ·mol-1。

(3)NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)原理如圖甲所示。

①由圖甲可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為_____________。當(dāng)NO2與NO的物質(zhì)的量之比為1:1時(shí)，與足量氨氣在一定條件下發(fā)生脫氮反應(yīng)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。

②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)選取的最佳催化劑為________。

(4)利用電化學(xué)裝置可消除氮氧化物污染，變廢為寶。圖丙裝置實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化形式是_______。圖丁為電解NO制備NH4NO3的裝置，該裝置中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為___________________。

Answer 1

【答案】K12/K2 75% > 不變 -139 NO2、NO 2NH3＋NO2＋NO2N2＋3H2O Mn 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 NO－3e－＋2H2O=NO3－＋4H+

【解析】

(1)①已知：(Ⅰ)2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1 △H1＜0，(Ⅱ)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2 △H2＜0，根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2-Ⅱ可得；

②根據(jù)消耗的c(NO)=生成的c(ClNO)計(jì)算消耗的c(NO)，結(jié)合轉(zhuǎn)化率=×100%可得；若在恒壓條件下進(jìn)行，根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)，相對(duì)于恒容相當(dāng)于增大壓強(qiáng)；

(2)根據(jù)圖1molN2O(g)和1molNO(g)到過(guò)渡態(tài)吸收209kJ能量，該過(guò)渡態(tài)生成1molN2(g)和1molNO2(g)放出熱量348kJ，寫(xiě)出熱化學(xué)方程式可得；

(3)①根據(jù)氧化劑得到電子元素化合價(jià)降低分析可得；結(jié)合得失電子守恒書(shū)寫(xiě)方程式；

②選擇催化劑需要的溫度低，更經(jīng)濟(jì)的；

(4)圖丙為原電池裝置；圖丁為電解NO制備NH4NO3的裝置，陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，結(jié)合酸性環(huán)境書(shū)寫(xiě)可得。

(1)①已知：(Ⅰ)2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1 △H1＜0，(Ⅱ)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2 △H2＜0，根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2-Ⅱ可得4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)，則其平衡常數(shù)K=；

②測(cè)得10 min內(nèi)υ(ClNO)=7.5×10-3molL-1min-1，則10min內(nèi)生成的c(ClNO)=7.5×10-2molL-1，消耗的c(NO)=7.5×10-2molL-1，故平衡后NO的轉(zhuǎn)化率α1=×100%=75%；其他條件保持不變，反應(yīng)(Ⅱ)在恒壓條件下進(jìn)行，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，則恒壓條件下相對(duì)于恒容壓強(qiáng)大，平衡正向移動(dòng)，則恒壓條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率較恒容大，故α2＞α1；化學(xué)平衡常數(shù)與溫度相關(guān)，溫度不變，K不變，故K2不變；

(2)根據(jù)題可知，1molN2O(g)和1molNO(g)到過(guò)渡態(tài)吸收209kJ能量，該過(guò)渡態(tài)生成1molN2(g)和1molNO2(g)放出熱量348kJ，可得熱化學(xué)方程式：N2O(g)+NO(g)=N2(g)+NO2(g)△H=-139kJmol-1；

(3)①由圖甲可以知道SCR技術(shù)中NH3與NO、NO2反應(yīng)產(chǎn)物為N2和水，NO、NO2中N元素化合價(jià)降低，故氧化劑為NO、NO2；脫氮效果最佳時(shí)n(NO2)：n(NO)=1：1，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH3+NO2+NO2N2+3H2O；

②根據(jù)圖乙知Mn催化劑時(shí)，200℃左右脫氮率最高，Cr作催化劑，500℃左右脫氮率最高，但二者的最高脫氮率差不多，使用Mn作催化劑需要的溫度低，更經(jīng)濟(jì)，因此使用的最佳的催化劑為Mn；

(4)圖丙為原電池裝置，能量轉(zhuǎn)化形式為：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；圖丁為電解NO制備NH4NO3的裝置，陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，則為NO放電生成NO3-，電極反應(yīng)為：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。