Question

【题目】燃煤烟气中含有大量NOx和SO2，可经处理消除。

（1）用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)+ 4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)； H1=574.0 kJ ·mol-1

CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g)； H2= 1160.0 kJ·mol-1

①反应CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)； H3=_____；

②若该反应中将NOx还原为N2，消耗标准状况下5.6L CH4，则反应过程中转移的电子物质的量为___；

（2）用CH4原NO2的反应为CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)，向两个容积均为2L温度分别为T1°C、T2°C的恒温恒容密闭容器中分别加入物质的量为1 mol的CH4和2molNO2，测得各容器中n(NO2)随反应时间t的变化如图所示：

①T1_______T2(填“>”或“<”)；

②T1°C时，40~80 min，用N2的浓度变化表示的平均反应速率为v(N2)=_____，此温度下的化学平衡常数K=______；

③T1°C下，200 min时，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，化学平衡_____移动(填“正向”、 “逆向”或“不”)；

（3）亚氯酸钠(NaClO2)和次氯酸钠(NaClO)碱性混合液作为复合吸收剂可脱除烟气中的NOx、SO2，使其转化为NO3-、SO42-。

①写出NO与NaClO2反应的离子方程式：__________________________；

②下图表示在一定条件下温度与复合吸收剂对烟气中SO2、NO脱除效率的关系。图中SO2比NO脱除效率高的原因可能是____________________________ ( 答出一点即可)；

（4）用碱液脱硝是目前研究的课题之一。

①将NO、NO2 控制物质的量之比接近1：1通入足量氢氧化钠溶液可制NaNO2溶液。请写出该反应的离子方程式______________________________。

②将工业上氢氧化钠溶液脱硝得到的NaNO2、NaNO3的混合液和NaOH溶液分别加到下图所示的电解槽中进行电解。写出A室NO2发生的电极反应：____________________。

Answer 1

【答案】867kJmol-1 2mol < 0.0025molL-1min-1 0.25 正向 4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O SO2易溶于水，NO难溶于水，SO2溶于吸收剂中的浓度明显比NO大(或SO2的还原性强或脱硝反应活化能较高) NO+NO2+2OH-=2NO2-+ H2O 2NO2-+6e-+4H2O=8OH-+ N2↑

【解析】

(1)①依据已知的热化学方程式利用盖斯定律解答；

②若反应中还原NOx至N2，消耗标准状况下5.6LCH4，CH4被氧化为CO2，碳元素化合从-4价升高为+4价，可结合甲烷的物质的量，可计算反应中转移电子数目；

(2)①根据先拐先平数值大原则分析，先拐先平温度高；

②T1°C时，结合图像找出40~80 min N2的浓度变化量计算v(N2)，利用三段式计算化学平衡常数K；

③T1°C下，200 min时，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，根据Qc与K的数值关系判断；

(3)①废气中的NO与NaClO2反应，NaClO2具有氧化性，NO具有还原性，发生氧化还原反应，生成NO3-、Cl-，据此写出反应的离子方程式；

②烟所中SO2和NO的水溶性存在明显差异，影响了复合剂对烟气中SO2、NO脱除效率；

(4)①NO、NO2 和足量氢氧化钠溶液发生氧化还原反应生成NaNO2和水；

②通过A室产生了N2，可知A极的电解质溶液为NaNO3和NaNO2的混合溶液，NO2-在A极放电为N2，则A为阴极；则B极为阳极，电解质溶液为NaOH溶液，OH-在B极放电，据此分析。

(1)①已知：Ⅰ．CH4(g)+ 4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+ 2H2O(g) H1=574.0 kJ ·mol-1，

Ⅱ．CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) H2= 1160.0 kJ·mol-1，

由盖斯定律：可得，CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g) H3= 867kJmol-1；

②还原NOx至N2，消耗标准状况下5.6LCH4，n(CH4)=0.25mol，根据反应可知，CH4转化为CO2，C元素由-4价变为+4价，1mol CH4参与反应转移8mol电子，0.25mol CH4参与反应整个过程中转移的电子物质的量为0.25mol×8=2mol；

(2)①根据先拐先平数值大原则，先拐先平温度高，则T1＜T2，；

②T1°C时，结合图像，40~80 min ，NO2物质的量变化量=1.50mol-1.10mol=0.40mol，浓度变化量==0.20mol/L，根据反应CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)，浓度的变化量之比等于计量系数比，则N2的浓度变化量为0.10mol/L，则v(N2)== 0.0025molL-1min-1；120min时T1°C下，反应达到平衡，平衡时NO2物质的量为1mol，利用三段式：

化学平衡常数K==0.25；

③T1°C下，200 min时，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，Qc=＜K=0.25，则化学平衡正向移动；

(3)①废气中的NO与NaClO2反应，NaClO2具有氧化性，NO具有还原性，发生氧化还原反应，生成NO3-、Cl-，则此反应的离子方程式为4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O；

②SO2易溶于水，而NO难溶于水，导致吸收剂中SO2浓度明显比NO大，则SO2比NO脱除效率高；

(4)①将NO、NO2 控制物质的量之比接近1：1通入足量氢氧化钠溶液可制NaNO2溶液，该反应的离子方程式：NO+NO2+2OH-=2NO2-+ H2O；

②NO2在阴极得电子被还原为氮气，结合B室的溶液是碱性溶液，故放电的方程式为：2NO2+6e+4H2O=8OH+N2↑。