Question

【题目】氮氧化物NOx（主要指NO和NO2）会形成酸雨、光化学烟雾，破坏臭氧层，是大气主要污染物之一，有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

(1)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应:

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)的平衡常数K=____(用K1、K2表示)。

②为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内υ(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1，则平衡后NO的转化率α1=____。其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2____α1(填“>”“<”或“=”)，平衡常数K2____(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)NO能与N2O反应生成N2和NO2，反应的能量变化如下图所示，若生成1 mol N2，其ΔH=____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。反应原理如图甲所示。

①由图甲可知，SCR技术中的氧化剂为_____________。当NO2与NO的物质的量之比为1:1时，与足量氨气在一定条件下发生脱氮反应。该反应的化学方程式为______________。

②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业选取的最佳催化剂为________。

(4)利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。图丙装置实现的能量转化形式是_______。图丁为电解NO制备NH4NO3的装置，该装置中阳极的电极反应式为___________________。

Answer 1

【答案】K12/K2 75% > 不变 -139 NO2、NO 2NH3＋NO2＋NO2N2＋3H2O Mn 化学能转化为电能 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，根据盖斯定律Ⅰ×2-Ⅱ可得；

②根据消耗的c(NO)=生成的c(ClNO)计算消耗的c(NO)，结合转化率=×100%可得；若在恒压条件下进行，根据反应的特点，相对于恒容相当于增大压强；

(2)根据图1molN2O(g)和1molNO(g)到过渡态吸收209kJ能量，该过渡态生成1molN2(g)和1molNO2(g)放出热量348kJ，写出热化学方程式可得；

(3)①根据氧化剂得到电子元素化合价降低分析可得；结合得失电子守恒书写方程式；

②选择催化剂需要的温度低，更经济的；

(4)图丙为原电池装置；图丁为电解NO制备NH4NO3的装置，阳极失去电子发生氧化反应，元素化合价升高，结合酸性环境书写可得。

(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，根据盖斯定律Ⅰ×2-Ⅱ可得4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)，则其平衡常数K=；

②测得10 min内υ(ClNO)=7.5×10-3molL-1min-1，则10min内生成的c(ClNO)=7.5×10-2molL-1，消耗的c(NO)=7.5×10-2molL-1，故平衡后NO的转化率α1=×100%=75%；其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，该反应的正反应为气体体积减小的反应，则恒压条件下相对于恒容压强大，平衡正向移动，则恒压条件下NO的平衡转化率较恒容大，故α2＞α1；化学平衡常数与温度相关，温度不变，K不变，故K2不变；

(2)根据题可知，1molN2O(g)和1molNO(g)到过渡态吸收209kJ能量，该过渡态生成1molN2(g)和1molNO2(g)放出热量348kJ，可得热化学方程式：N2O(g)+NO(g)=N2(g)+NO2(g)△H=-139kJmol-1；

(3)①由图甲可以知道SCR技术中NH3与NO、NO2反应产物为N2和水，NO、NO2中N元素化合价降低，故氧化剂为NO、NO2；脱氮效果最佳时n(NO2)：n(NO)=1：1，反应的化学方程式为：2NH3+NO2+NO2N2+3H2O；

②根据图乙知Mn催化剂时，200℃左右脱氮率最高，Cr作催化剂，500℃左右脱氮率最高，但二者的最高脱氮率差不多，使用Mn作催化剂需要的温度低，更经济，因此使用的最佳的催化剂为Mn；

(4)图丙为原电池装置，能量转化形式为：化学能转化为电能；图丁为电解NO制备NH4NO3的装置，阳极失去电子发生氧化反应，元素化合价升高，则为NO放电生成NO3-，电极反应为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。