Question

11．研究NO_x、CO等大气污染气体的处理及利用的方法具有重要意义，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．
（1）利用甲烷催化还原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H1=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），500℃时的平衡常数为9，若在该温度下进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol•L^-1，则CO的平衡转化率为：75%．
（3）用活化后的V₂O₅作催化剂，氨气将NO还原成N₂的一种反应历程如图1所示．

①写出总反应化学方程式4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O．
②测得该反应的平衡常数与温度的关系为：lgK=5.08+217.5/T，该反应是_放热反应（填“吸热”或“放热”）．
③该反应的含氮气体组分随温度变化如图2所示，当温度达到700K时，发生副反应的化学方程式4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）图3是用食盐水做电解液电解烟气脱氮的一种原理图，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO₃^-，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气．如图4，电流密度和溶液pH对烟气脱硝的影响．

①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO₃^-反应的离子方程式3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O．
②溶液的pH对NO去除率影响的原因是次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强．
③若极板面积10cm²，实验烟气含NO 1.5%，流速为0.070L•s^-1（气体体积已折算成标准状态，且烟气中无其他气体被氧化），法拉第常数为96500C•mol^-1，测得电流密度为1.0A•cm^-2．列式计算实验中NO除去率$\frac{\frac{1.0A．c{m}^{-2}×1s×10c{m}^{2}}{96500c．mo{l}^{-1}×3}}{\frac{0.070L．{s}^{-1}×15%}{22.4L．mo{l}^{-1}}}$×100%=73.7%．

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律计算反应热，写出反应的热化学方程式；
（2）令CO的浓度变化为c，用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度，再根据平衡常数计算；
（3）①用V₂O₅作催化剂，NH₃可将NO还原成N₂，结合反应历程图可知反应物还有氧气，生成物为N₂和H₂O，配平即得反应方程式；
②由该反应的平衡常数与温度的关系lg Kp=5.08+217.5/T，平衡常数是温度的减函数，即升高温度，化学反应逆向移动，所以该反应是放热反应；
③由图2分析，当温度达到700K时，与500K-600K比较，相同氨气形成相同水的时，生成的N₂在减少，NO在增加，说明氨催化氧化生成了NO，故此时的副反应产物是NO．
（4）①食盐水做电解液电解烟气（Cl₂）脱氮，根据氧化还原反应的规律可得反应；
②次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强，故溶液的pH对NO去除率会有影响；
③根据电荷量（Q）=电流密度×极板面积×时间=n（e-）?F，可知NO除去率．

解答 解：（1）依据盖斯定律将CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H1=-574kJ•mol^-1与CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1两方程式相加后再除以2，得2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，故答案为：2NO₂（g）+CH₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ•mol^-1；
（2）对于反应  CO（g）+H₂O（g）   H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.02       0.02                             0            0
变化（mol/L）：c              c                                c             c
平衡（mol/L）：0.02-c     0.02-c                          c              c
所以$\frac{c×c}{（0.02-c）×（0.02-c）}$=9，解得c=0.015
所以CO的转化率为$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%．
故答案为：75%．
（3）①用V₂O₅作催化剂，NH₃可将NO还原成N₂，结合反应历程图可知反应物还有氧气，生成物为N₂和H₂O，配平即得反应方程式为4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O，故答案为：4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O；
②平衡常数是温度的减函数，则该反应是为放热反应，故答案为：放热；
③由图2分析，当温度达到700K时，生成的N₂在减少，NO在增加，说明氨催化氧化生成了NO，故此时的副反应是：4NH₃+5O₂ 4$\frac{\underline{催化剂}}{△}$NO+6H₂O，故答案为：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）①氯气作氧化剂，NO为还原剂，在碱性条件下的反应为：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O，故答案为：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O；
②次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强，故溶液的pH对NO去除率会有影响，故答案为：次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强；
③根据电荷量（Q）=电流密度×极板面积×时间=n（e-）?F，NO除去率：$\frac{\frac{1.0A．c{m}^{-2}×1s×10c{m}^{2}}{96500c．mo{l}^{-1}×3}}{\frac{0.070L．{s}^{-1}×15%}{22.4L．mo{l}^{-1}}}$×100%=73.7%，故答案为：$\frac{\frac{1.0A．c{m}^{-2}×1s×10c{m}^{2}}{96500c．mo{l}^{-1}×3}}{\frac{0.070L．{s}^{-1}×15%}{22.4L．mo{l}^{-1}}}$×100%=73.7%．

点评 本题考查了盖斯定律求反应热、化学平衡常数及化学平衡移动的影响因素、氧化还原反应等，题目难度中等．