题目内容
工业上通常用下列方法治理含氮化合物的污染．
（1）用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染．写出NOx与CO催化转化成N2和CO2的化学方程式 ．
（2）用NH3还原NOx生成N2和H2O．现有NO、NO2的混合气3L，可用同温同压下3.5L的NH3恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为．
（3）电化学降解治理水中硝酸盐污染．在酸性条件下，电化学降解NO的原理如图1，阴极反应式为 ．
（4）科研小组研究铁屑对地下水脱氮的反应原理．
①pH=2.5时，用铁粉还原KNO3溶液，相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图2（部分副反应产物曲线略去）．请根据图中信息写出t1时刻前发生反应的离子方程式 ，t1时刻后，反应仍在进行，溶液中NH的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是 ．
②pH=2.5时，将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以加快脱氮速率，其原因是 ．通常地下水中含有CO32-，会降低脱氮效果，其原因为 ．
（1）用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染．写出NOx与CO催化转化成N2和CO2的化学方程式
（2）用NH3还原NOx生成N2和H2O．现有NO、NO2的混合气3L，可用同温同压下3.5L的NH3恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为．
（3）电化学降解治理水中硝酸盐污染．在酸性条件下，电化学降解NO的原理如图1，阴极反应式为
（4）科研小组研究铁屑对地下水脱氮的反应原理．
①pH=2.5时，用铁粉还原KNO3溶液，相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图2（部分副反应产物曲线略去）．请根据图中信息写出t1时刻前发生反应的离子方程式
②pH=2.5时，将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以加快脱氮速率，其原因是
考点：氮的氧化物的性质及其对环境的影响,原电池和电解池的工作原理,铁的化学性质
专题：电化学专题,元素及其化合物
分析：（1）催化剂条件下，氮氧化物和一氧化碳反应生成氮气和二氧化碳；
（2）氮氧化物与氨气发生的反应是氧化还原反应，氮氧化物把氨气氧化为氮气，本身被还原为氮气，可以利用反应方程式通过设未知列方程组计算；也可以根据氧化还原反应的电子守恒计算；也可以利用平均值法计算；
（3）在电解池的阴极上发生得电子的还原反应；
（4）①根据图象判断出离子浓度减小的有H+、NO3-，增大的有Fe2+ 和NH4+，故反应物为Fe和H+、NO3-，生成物为Fe2+ 和NH4+，可写出化学方程式为4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O；Fe2+水解呈酸性，当溶液中PH较大时会促进Fe2+水解；（3）在溶液中进行的反应，影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、催化剂以及固体的表面积大小等；
②根据原电池可以加快化学反应速率来回答；根据实验原理：在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，结合碳酸根离子水解显碱性来回答．
（2）氮氧化物与氨气发生的反应是氧化还原反应，氮氧化物把氨气氧化为氮气，本身被还原为氮气，可以利用反应方程式通过设未知列方程组计算；也可以根据氧化还原反应的电子守恒计算；也可以利用平均值法计算；
（3）在电解池的阴极上发生得电子的还原反应；
（4）①根据图象判断出离子浓度减小的有H+、NO3-，增大的有Fe2+ 和NH4+，故反应物为Fe和H+、NO3-，生成物为Fe2+ 和NH4+，可写出化学方程式为4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O；Fe2+水解呈酸性，当溶液中PH较大时会促进Fe2+水解；（3）在溶液中进行的反应，影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、催化剂以及固体的表面积大小等；
②根据原电池可以加快化学反应速率来回答；根据实验原理：在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，结合碳酸根离子水解显碱性来回答．
解答：
解：（1）催化剂条件下，氮氧化物和一氧化碳反应生成氮气和二氧化碳，反应方程式为2NOx+2xCO
N2（g）+2xCO2；
故答案为：2NOx+2xCO
N2（g）+2xCO2；
（2）根据反应可知：氨气被氧化为氮气，NH3～N2～3e-；一氧化氮被还原为氮气，NO～N2～2e-二氧化氮被还原为氮气NO2～N2～4e-
设一氧化氮体积为x，二氧化氮体积为3-x，氨气的体积为3.5L，根据电子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），x=0.75L，二氧化氮体积为2.25L，则相同条件下，混合气体中NO和NO2的体积比等于物质的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案为：1：3；
（3）根据装置图示可以看出，右端电极上发生得电子的还原反应，即为阴极，反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O；
故答案为：2NO+12H++10e-=N2↑+6H2O；
（4）①t1时刻前H+、NO3- 浓度减小，Fe2+ 和NH4+的浓度增大，故反应的离子方程式为4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O．Fe粉足量，反应仍在进行，Fe2+的浓度没有增大的原因是发生了水解反应，因为溶液的pH增大，促进了水解；
故答案为：4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O；生成的Fe2+水解；
②将铁屑和活性炭同时加入上述KNO3溶液中，活性炭和铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH4+浓度），可以提高脱氮效果；
根据实验原理：4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，但是CO32-+H2O?HCO3-+OH-，增大了溶液的pH会降低脱氮效果，并且Fe2++CO32-=FeCO3↓，这样碳酸亚铁沉淀覆盖在反应物的表面阻止反应进行．
故答案为：活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率； Fe2+ 与CO32-反应生成的难溶物覆盖在反应物的表面阻止反应进行（或者CO32-+H2O?HCO3-+OH-，溶液酸性减弱，脱氮效果降低）．
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故答案为：2NOx+2xCO
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（2）根据反应可知：氨气被氧化为氮气，NH3～N2～3e-；一氧化氮被还原为氮气，NO～N2～2e-二氧化氮被还原为氮气NO2～N2～4e-
设一氧化氮体积为x，二氧化氮体积为3-x，氨气的体积为3.5L，根据电子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），x=0.75L，二氧化氮体积为2.25L，则相同条件下，混合气体中NO和NO2的体积比等于物质的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案为：1：3；
（3）根据装置图示可以看出，右端电极上发生得电子的还原反应，即为阴极，反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O；
故答案为：2NO+12H++10e-=N2↑+6H2O；
（4）①t1时刻前H+、NO3- 浓度减小，Fe2+ 和NH4+的浓度增大，故反应的离子方程式为4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O．Fe粉足量，反应仍在进行，Fe2+的浓度没有增大的原因是发生了水解反应，因为溶液的pH增大，促进了水解；
故答案为：4Fe+NO3-+10H+═4Fe2++NH4++3H2O；生成的Fe2+水解；
②将铁屑和活性炭同时加入上述KNO3溶液中，活性炭和铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH4+浓度），可以提高脱氮效果；
根据实验原理：4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，但是CO32-+H2O?HCO3-+OH-，增大了溶液的pH会降低脱氮效果，并且Fe2++CO32-=FeCO3↓，这样碳酸亚铁沉淀覆盖在反应物的表面阻止反应进行．
故答案为：活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率； Fe2+ 与CO32-反应生成的难溶物覆盖在反应物的表面阻止反应进行（或者CO32-+H2O?HCO3-+OH-，溶液酸性减弱，脱氮效果降低）．
点评：本题考查元素化合物的性质、原电池和电解池等问题，综合性较强，熟练掌握知识的迁移和应用是解答本题的关键，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．
练习册系列答案
相关题目
有一处于平衡状态的反应：X（s）+3Y（g）?2Z（g）（正反应是放热反应）．为了使平衡向生成Z的方向移动，应选择的条件是（ ）
①升高温度 ②降低温度 ③增大压强 ④降低压强 ⑤加入正催化剂 ⑥分离出Z．
①升高温度 ②降低温度 ③增大压强 ④降低压强 ⑤加入正催化剂 ⑥分离出Z．
| A、①③⑤ | B、②③⑤ |
| C、②③⑥ | D、②④⑥ |
下列金属在空气中，能自发形成氧化物保护膜的是（ ）
| A、铁 | B、铝 | C、镁 | D、钠 |
下列各组实验中溶液最先变浑浊的是（ ）
| A、0.1 mol/L Na2S2O3和H2SO4各5 mL，加水5 mL，反应温度10℃ |
| B、0.1 mol/L Na2S2O3和H2SO4各5 mL，加水10 mL，反应温度10℃ |
| C、0.1 mol/L Na2S2O3和H2SO4各5 mL，加水5 mL，反应温度30℃ |
| D、0.2 mol/L Na2S2O3和H2SO4各5 mL，加水10 mL，反应温度30℃ |
已知酸性：
综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将
的最佳方法是（ ）
综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将的最佳方法是（ ）| A、与稀H2SO4共热后，加入足量NaOH溶液 |
| B、与稀H2SO4共热后，加入足量NaHCO3溶液 |
| C、与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量H2SO4 |
| D、与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2 |