Question

【题目】研究NOx、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NOx：

CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=﹣574kJmol﹣1

CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=﹣1160kJmol﹣1

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。

（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0.020 mol·L－1，则CO的平衡转化率为： 。

（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 。

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 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 。

（4）下图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。如下图，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 。

②溶液的pH对NO去除率影响的原因是 。

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96500 C·mol－1，测得电流密度为1.0 A·cm－2。列式计算实验中NO除去率 。

Answer 1

【答案】（1） CH4（g）+2NO2（g）＝N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝﹣867 kJ·mol－1（2分）

（2） 75%（2分） （3） ①4NH3+4NO＋O24N2+6H2O (2分) ② 放热 （1分）

③4NH3+5O2 4NO+6H2O；（2分）（4） ①3Cl2+8OH－+2NO＝2NO3－+6Cl－+4H2O（2分）

②次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强（1分）③（2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=﹣574kJmol﹣1

②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=﹣1160kJmol﹣1

根据盖斯定律可知（①＋②）÷2即得到甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为

CH4（g）+2NO2（g）＝N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝﹣867 kJ·mol－1。

（2） CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始浓度（mol/L） 0.02 0.02 0 0

转化浓度（mol/L） c c c c

平衡浓度（mol/L）0.02-c 0.02-c c c

则根据平衡常数可知

解得c＝0.015

所以CO的转化率是×100%＝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＋O24N2+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，这说明升高温度K值减小，因此反应向逆反应方向进行，所以该反应是放热反应。

③根据图像可知当温度达到700K时氮气的含量降低，NO含量升高，这说明氨气被氧气氧化为NO和水，则发生副反应的化学方程式为4NH3+5O2 4NO+6H2O。

（4）①惰性电极电解饱和食盐水，阳极氯离子放电产生氯气，则NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO3－反应的离子方程式为3Cl2+8OH－+2NO＝2NO3－+6Cl－+4H2O。

②根据图像可知pH越小，去除率越高，这是由于次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强，因此去除率升高。

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96500 C·mol－1，测得电流密度为1.0 A·cm－2，反应中氮元素化合价从＋2价升高到＋5价，失去3个电子，因此实验中NO除去率为。