Question

【题目】烟气(主要污染物SO2、NOx)是大气主要污染物，有效去除大气中的SO2、NOx是环境保护的重要课题。

(1) 用天然碱生产小苏打的母液(主要溶质为碳酸钠)吸收烟气中SO2的相关反应的热化学方程式如下：

2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq)ΔH＝a kJ·mol－1

2NaHCO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝b kJ·mol－1

Na2SO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===2NaHSO3(aq)ΔH＝c kJ·mol－1

反应Na2CO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2) 用碳酸钠溶液吸收NO2的过程会产生NaNO2和NaNO3，写出相关化学反应方程式：__________________________________________________。

(3) 工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应式：__________________________。随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：__________________________________________。

(4) 工业上以钛基氧化物涂层材料为阳极、碳纳米管修饰的石墨为阴极，电解硝酸钠和硫酸钠混合溶液，可使NO3-变为NH4+。电极(电催化剂)所处的环境对其催化活性和选择性均起到重要作用。

①其他条件不变，向其中一份电解液中投加一定量NaCl，去除NH4+的效果明显提高，溶液中氮元素含量显著降低。可能原因是______________________________________________。

②其他条件不变，只改变溶液的pH，NO3-去除率如图所示，pH升高时，去除率________，可能原因是______________________________________。

Answer 1

【答案】(a+b)/2 Na2CO3＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋CO2 Fe－2e－===Fe2＋ 2NO2-＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O 水中的氯离子在阳极上被氧化成氯气(或游离氯)，与铵离子发生氧化反应，生成N2，从而使铵离子从水溶液中得到去除 降低 随着pH的升高，催化剂的催化活性明显下降(催化剂表面吸附的物质种类不同，酸碱度影响催化剂的活性)

【解析】

综合运用盖斯定律、电解原理、催化知识、化学反应中的守恒原理等，解决去除大气中的SO2、NOx的相关问题。

(1)由已知

2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq) ΔH＝a kJ·mol－1

2NaHCO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝b kJ·mol－1

两式相加得

2Na2CO3(aq)＋2SO2(g)=2Na2SO3(aq)＋2CO2(g) ΔH＝（a+b）kJ·mol－1

故Na2CO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋CO2(g) ΔH＝(a+b)/2kJ·mol－1。

(2)NO2溶于水呈酸性，用碳酸钠溶液吸收NO2产生NaNO2和NaNO3，同时会生成CO2，化学反应方程式Na2CO3＋2NO2＝NaNO2＋NaNO3＋CO2。

(3)由电解池中阳离子移动方向可知铁为阳极，电极反应为Fe－2e－＝Fe2＋；酸性溶液中，阳极生成的Fe2＋将NO2-还原为N2，离子方程式2NO2-＋8H＋＋6Fe2＋＝N2↑＋6Fe3＋＋4H2O。

(4)①电解液含NaCl时，阳极会生成氯气，氯气将NH4+氧化为N2从溶液中逸出，使溶液中氮元素含量显著降低。

②从图中看，当反应时间相同时，pH越大，NO3-去除率越低。可能是pH影响催化剂的活性，pH升高使催化活性下降。