Question

【题目】NOx（主要指NO和NO2）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）用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：

2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=116.1 kJ·mol1

3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol1

反应3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·mol1。

（2）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________。

（3）用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式：___________________________________。

（4）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应（装置见下图）。

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如题下图所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升的主要原因是____________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。

Answer 1

【答案】 136.2 HNO22e+H2O3H++NO3 2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O 迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大 催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO

【解析】（1）将两个方程式编号，应用盖斯定律，解总焓变；

（2）根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应；

（3）HNO2与(NH2)2CO反应生成N2和CO2，根据电子守恒和原子守恒配平；

（4）因为反应时间相同，所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响；高温时NH3与O2发生催化氧化反应。

（1）将两个方程式编号，

2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=116.1 kJ·mol1（①式）

3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol1 （②式）

应用盖斯定律，将（①×3+②）2得，反应3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=[(-116.1 kJ·mol1)×3+75.9 kJ·mol1]2=-136.2kJ·mol1，

故答案为：136.2；

（2）根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为HNO2失电子生成HNO3，1mol HNO2反应失去2mol电子，结合原子守恒和溶液呈酸性，电解时阳极的电极反应式为：HNO22e+H2O3H++NO3，

故答案为：HNO22e+H2O3H++NO3；

（3）HNO2与(NH2)2CO反应生成N2和CO2，N元素化合价由HNO2中+3价降至0价，N元素的化合价由(NH2)2CO中-3价升至0价，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为：2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O，

故答案为：2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O；

（4）因为反应时间相同，所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响；高温时NH3与O2发生催化氧化反应，在50～250 ℃范围内，NOx的去除率先迅速上升是催化剂活性随着温度升高增大，与温度升高共同使NOx的去除率迅速增大；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是温度升高催化剂活性下降，NH3与O2反应生成了NO，

故答案为：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大 ；催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO。