Question

【题目】冶金工业、硝酸工业的废气废液中含氮化合物污染严重，必须处理达标后才能排放。

Ⅰ．用活性炭处理工厂尾气中的氮氧化物。

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g) =4NO(g)+6H2O(l) ΔH1=a kJ·mol1

②4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) ΔH2=b kJ·mol1

③C(s)+O2(g) =CO2(g) ΔH3=c kJ·mol1

则反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的ΔH=________。

（2）在容积不变的密闭容器中，一定量的NO与足量的C发生反应：C(s)+2NO(g)N2(g) + CO2(g) ΔH= Q kJ·mol1，平衡时c(NO)与温度T的关系如图1所示，下列说法正确的是________。

A．其他条件不变，改变活性炭的用量，平衡一定不移动

B．该反应的Q＞0，所以T1、T2、T3对应的平衡常数：K1＜K2＜K3

C．温度为T2时，若反应体系处于状态D，则此时 υ(正)＞υ(逆)

D．若状态B、C、D体系的压强分别为p(B)、p(C)、p(D)，则p(D)=p(C)＞p(B)

（3）已知某温度时，反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的平衡常数K=，在该温度下的2L密闭容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO发生反应，t1时刻达到平衡，请在图2中画出反应过程中c(NO)随时间t的变化曲线。_________________

Ⅱ．用纳米铁粉或电解法处理废水中的硝酸盐。

（4）纳米铁粉处理污水中NO3的离子方程式为：4Fe+NO3–+10H+=4Fe2++NH4++3H2O。

实验证实，pH偏低将会导致NO3的去除率下降，其原因是________________。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3的速率有较大差异（见下图），产生该差异的可能原因是________________________。

（5）电解法处理水中硝酸盐的原理是：以金属Pt作电极，用质子交换膜把溶液分为阴阳两极区，阴极区为含硝酸盐的工业废水，接通直流电源进行电解，产物为N2。请写出阴极的电极反应式____________。

Answer 1

【答案】 （+c）kJ/mol C 纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降 Cu或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用（或形成Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率） 2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O

【解析】I.（1）应用盖斯定律。

（2）A项，将C全部从平衡体系中移走，平衡逆向移动；B项，根据图像，升高温度c（NO）增大，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，逆反应为吸热反应，Q0；C项，状态D的c（NO）大于T2平衡时c（NO），则状态D反应正向进行，此时υ（正）υ（逆）；D项，该反应的正反应为气体分子数不变的反应，气体分子物质的量始终不变，在容积不变的密闭容器中体系的压强取决于温度，温度越高压强越大，则p（C）p（B）=p（D）。

（3）用三段式和化学平衡常数计算平衡时c（NO）。

II.（4）pH偏低，溶液酸性较强，纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降。根据图像，含Cu2+的水样中NO3-的去除速率更快，产生差异的原因是：Cu或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用（或形成Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率）。

（5）根据题意，阴极NO3-得电子被还原成N2，2molNO3-得到10mol电子生成1molN2，结合质子交换膜和原子守恒书写。

I.（1）应用盖斯定律，将③-①+②得，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）ΔH=（c-+）kJ/mol。

（2）A项，将C全部从平衡体系中移走，平衡逆向移动，A项错误；B项，根据图像，升高温度c（NO）增大，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，逆反应为吸热反应，Q0且K1K2K3，B项错误；C项，状态D的c（NO）大于T2平衡时c（NO），则状态D反应正向进行，此时υ（正）υ（逆），C项正确；D项，该反应的正反应为气体分子数不变的反应，气体分子物质的量始终不变，在容积不变的密闭容器中体系的压强取决于温度，温度越高压强越大，则p（C）p（B）=p（D），D项错误；答案选C。

（3）用三段式，设从起始到平衡转化c（NO）为xmol/L

C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）

c（起始）（mol/L） 1.0 0 0

c（转化）（mol/L） x

c（平衡）（mol/L） 1.0-x

化学平衡常数K===，解得x=0.6，作图时，起始c（NO）为1.0mol/L，随着时间推移c（NO）减小，t1达到平衡时c（NO）为1.0mol/L-0.6mol/L=0.4mol/L，t1后c（NO）保持0.4mol/L。

II.（4）pH偏低，溶液酸性较强，纳米铁粉与H+反应生成H2，导致NO3-的去除率下降。根据图像，含Cu2+的水样中NO3-的去除速率更快，产生差异的原因是：Cu（Fe与Cu2+反应生成Cu，反应的方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu）或Cu2+对纳米铁粉去除NO3-的反应有催化作用（或形成Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率）。

（5）根据题意，阴极NO3-得电子被还原成N2，2molNO3-得到10mol电子生成1molN2，结合质子交换膜和原子守恒，阴极的电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O。