Question

8．北京PM2.5有6个重要来源，其中，汽车尾气和燃煤分别占4%、18%．

（1）用于净化汽车尾气的反应为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）已知该反应在570K时的平衡常数为1×10⁵⁹，但反应速率极慢．下列说法正确的是D．
A．装有尾气净化装置如图1的汽车排出的气体中不再含有NO或CO
B．提高尾气净化效率的最佳方法是升高温度
C．增大压强上述平衡右移，故实际操作中可通过增压的方式提高其净化效率
D．提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂
（2）CO对人类生存环境的影响很大，CO治理问题属于当今社会的热点问题．镍与CO反应的化学方程式为Ni（s）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g），镍与CO反应会造成镍催化剂中毒．为防止镍催化剂中毒，工业上常用SO₂除去CO，生成物为S和CO₂．已知相关反应过程的能量变化如图2所示：用SO₂除去CO的热化学方程式为SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ•mol^-1．
（3）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．发生的化学反应是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$?_{催化剂}^{180℃}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．为提高氮氧化物的转化率可采取的措施是增大NH₃浓度（或减小压强、降低温度）（填一种即可）．
（4）利用ClO₂氧化氮氧化物反应过程如下：NO$?_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$?_{反应Ⅱ}^{Na_{2}DO_{3}水溶液}$
反应Ⅰ的化学方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，反应Ⅱ的离子方程式是2 NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-．若有11.2L N₂生成（标准状况），共消耗NO60g．
（5）化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．该方法可用H₂将NO₃^-还原为N₂，25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12．其原理如图3所示．
电源负极为B （填“A”或“B”），阴极反应式为2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-； 阳极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．反应是可逆反应，不能进行彻底；
B．尾气温度已经很高，再升高温度的意义不大；
C．从平衡常数分析反应进行程度，净化设备经济效益分析；
D．提高净化速率的最好方法是使用高效催化剂；
（2）依据图象书写热化学方程式，
图1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=-aKJ/mol
图2 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-bKJ/mol；
依据盖斯定律②×2-①得到所需热化学方程式；
（3）发生的化学反应是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$?_{催化剂}^{180℃}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0，反应是气体体积增大的放热反应，为提高氮氧化物的转化率可采取的措施为：使化学平衡向正反应方向移动可以提高氮氧化物的转化率；
（4）根据二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被还原成氮气，方程式为2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，由2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，通过化学方程式建立关系式然后计算；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要是失电子，所以N₂O₅在阳极区生成，Pt为阳极，A为电源正极，B为电源负极，依据电解原理可知，在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺．

解答 解：（1）A．该反应为可逆反应，不能完全转化，排出的气体中一定含有NO或CO，故A错误；
B．尾气温度已经很高，再升高温度，反应速率提高有限，且消耗更多能源，意义不大，故B错误；
C、因平衡常数已经较大，增大压强虽然平衡正向移动，但对设备要求更高，不符合生成经济效益，故C错误；
D、研制高效催化剂可提高反应速率，解决反应极慢的问题，有利于尾气的转化，故D正确；
故答案为：D；
（2）图1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=-aKJ/mol
图2 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-bKJ/mol；
依据盖斯定律②×2-①得到：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+CO₂（g）△H=2△H₂-△H₁=-（2b-a）KJ/mol，
故答案为：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ•mol^-1；
（3）使化学平衡向正反应方向移动可以提高氮氧化物的转化率，增加反应物浓度平衡正向移动，所以可以采取增大NH₃浓度的措施，由于此反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，此反应正反应方向为气体体积增大的方向，减小压强平衡正向移动，
故答案为：增大NH₃浓度（或减小压强、降低温度）；
（4）二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被还原成氮气，方程式为2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，由2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄得：
    4NO～N₂
 30×4g   22.4L
 60g     11.2L
所以共消耗NO质量60g，
故答案为：2 NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-； 60；
（5）由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极，在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有H₂O参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺，电极方程式为：2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，
故答案为：B；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

点评 本题涉及热化学方程式的计算、化学平衡移动、电解原理、氧化还原原理等知识点，题目综合性程度一般，难度较大，掌握好原理是关键．