Question

【题目】冶金工业、硝酸工业的废气废液中含氮化合物污染严重，必须处理达标后才能排放。

Ⅰ.用活性炭处理工厂尾气中的氮氧化物。

(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)　ΔH1=a kJ·mol-1

②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)　ΔH2=b kJ·mol-1

③C(s)+O2(g)=CO2(g)　ΔH3=c kJ·mol-1

则反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的ΔH=_____。

(2)在容积不变的密闭容器中，一定量的NO与足量的C发生反应：C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)　ΔH=Q kJ·mol-1，平衡时c(NO)与温度T的关系如图1所示，下列说法正确的是______。

A.其他条件不变，改变活性炭的用量，平衡一定不移动

B.该反应的Q＞0，所以T1、T2、T3对应的平衡常数:K1＜K2＜K2

C.温度为T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正＞v逆

D.若状态B、C、D体系的压强分别为p(B)、p(C)、p(D)，则p(D)=p(C)＞p(B)

(3)已知某温度时，反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的平衡常数K=9/16，在该温度下的2 L密闭容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO发生反应，t1时刻达到平衡，请在图2中画出反应过程中c(NO)随时间t的变化曲线。_______

(4)工业上实际处理废气时，常用活性炭作催化剂，用NH3还原NO，同时通入一定量的O2以提高处理效果。当n(NH3)=n(NO)时，写出体系中总反应的化学方程式:______________。

Ⅱ.用纳米铁粉或电解法处理废水中的硝酸盐。

(5)纳米铁粉处理污水中NO3-的离子方程式为4Fe+ NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O。

实验证实，pH偏小将会导致NO3-的去除率下降，其原因是_______________。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异(见图)，产生该差异的可能原因是__。

(6)电解法处理水中硝酸盐的原理是以金属Pt作电极，用质子交换膜把溶液分为阴阳两极区，阴极区为含硝酸盐的工业废水，接通直流电源进行电解。请写出阴极的电极反应式：__________。

Answer 1

【答案】(+c)kJ·mol-1 C 4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O 纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降 Cu或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用(或形成的Fe-Cu原电池增大了纳米铁粉去除NO3-的反应速率) 2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O(或10H++NO3-+8e-=NH4++3H2O)

【解析】

(1)根据盖斯定律分析解答；

(2)由图可知，温度越高平衡时c(NO)越大，即升高温度平衡逆向移动，说明该反应的正反应为放热反应，△H＜0，据此分析判断；

(3) 根据三段式结合平衡常数计算出平衡时c(NO)，再画出图像；

(4)根据题意，用活性炭作催化剂，反应物为NH3、NO和O2且n(NH3)=n(NO)生成氮气和水；

(5) pH偏小时，纳米铁粉能够与H+反应；根据图像，从Cu2+的存在思考对反应速率的影响；

(6)阴极上NO3-放电生成氮气(也可能生成铵根离子等)，据此书写电极反应式。

(1)①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)　ΔH1=a kJ·mol-1，②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)　ΔH2=b kJ·mol-1，③C(s)+O2(g)=CO2(g)　ΔH3=c kJ·mol-1，根据盖斯定律，将方程式按照+③得：C(s) +2NO(g) N2(g) +CO2(g) ΔH=(+c)kJ·mol-1，故答案为：(+c)kJ·mol-1；

(2)由图可知，温度越高平衡时c(NO)越大，即升高温度平衡逆向移动，说明该反应的正反应为放热反应，△H＜0。

A.其他条件不变，改变活性炭的用量，炭为固体，因此平衡一定不移动，但是如果将炭完全移除，过加入足够多的炭，影响了容器中气体的压强，则平衡会发生移动，故A错误；B. 该反应正反应是放热反应，Q＜0，升高温度平衡向逆反应方向移动，所以升高温度，化学平衡常数减小，所以T1、T2、T3对应的平衡常数K1＞K2＞K2，故B错误；C. T2时反应进行到状态D，c(NO)高于平衡浓度，故反应向正反应方向进行，则一定有υ(正)＞υ(逆)，故C正确；D. 达到平衡状态时，压强和温度成正比例关系，则PB=PD＜PC，故D错误；故选C；

(3) 某温度时，反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的平衡常数K=9/16，在该温度下的2 L密闭容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO发生反应，随着反应的进行，c(NO)由1mol/L逐渐减小，设c(NO)的变化量为2x，

C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)

起始(mol/L) 1 0 0

反应(mol/L) 2x x x

平衡(mol/L) 1-2x x x

则=，解得x=0.3，则平衡时，c(NO)=0.4mol/L，因此c(NO)随时间t的变化曲线为，故答案为：；

(4)用活性炭作催化剂，用NH3还原NO，同时通入一定量的O2以提高处理效果。当n(NH3)=n(NO)时，反应的化学方程式为4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O，故答案为：4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O；

(5)纳米铁粉处理污水中NO3-的离子方程式为4Fe+ NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，pH偏小时，纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降；根据图像，相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异，可能原因是Cu或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用(或形成的Fe-Cu原电池增大了纳米铁粉去除NO3-的反应速率)，故答案为：纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降；Cu或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用(或形成的Fe-Cu原电池增大了纳米铁粉去除NO3-的反应速率)；

(6)以金属Pt作电极，用质子交换膜把溶液分为阴阳两极区，阴极区为含硝酸盐的工业废水，接通直流电源进行电解，阴极上NO3-放电生成氮气(也可能生成铵根离子等)，电极反应式为2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O，故答案为：2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O。