Question

5．近几年来关于氮污染的治理倍受关注．
（1）三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的CO、C_xH_y、NO_x三种成分的净化，其催化剂表面物质转化的关系如图1所示，化合物X中含有NO₃^-

②①在图示的转化中，被还原的元素是N、O，X的化学式为Ba（NO₃）₂．
某新技术（SCR技术）可使NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化．当NO与NO₂的物质的量之比为4：1时，写出发生反应的化学方程式8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O．
（2）利用NH₃的还原性可消除氮氧化物的污染，相关热化学方程式如下：
H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=+229.3kJ•mol^-1
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₄  则△H₄=-2317.0 kJ•mol^-1
（3）加入过量次氯酸钠可使废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl．
①写出上述反应的离子方程式：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O．
②若处理废水产生了0.448L N₂（标准状况），则需消耗浓度为0.5mol•L^-1的次氯酸钠的体积为120mL．
（4）某工业废水中含有毒性较大的CN^-，可用电解法将其转变为N₂，装置如图2所示．气体甲是H₂（写化学式），电解池中生成N₂的电极反应式为2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据化合价降低为氧化剂被还原判断；氮的氧化物与BaO结合生成Ba（NO₃）₂；
根据NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化，则生成氮气和水，据此书写方程式；
（2）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
由盖斯定律可知（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）；
（3）①根据次氯酸钠氧化废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl结合得失电子守恒配平方程式；
②根据反应的离子方程式进行计算；
（4）由装置如图3所示，左边为阳极为CN^-失电子生成氮气的反应，右边为阴极为氢离子得电子生成氢气的反应，据此分析．

解答 解：（1）在图1所示的转化中N、O化合价降低为氧化剂被还原；氮的氧化物与BaO结合生成Ba（NO₃）₂，所以X为Ba（NO₃）₂；因为NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化，则生成氮气和水，所以当NO与NO₂的物质的量之比为4：1时，发生反应的化学方程式为8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O；
故答案为：N、O；Ba（NO₃）₂；8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O；
（2）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l），故△H₄=-906.5-（229.3×5）-（44×6）=-2317.0 kJ•mol^-1，
故答案为：-2317.0 kJ•mol^-1；
（3）①因为次氯酸钠氧化废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl，根据得失电子守恒，离子方程式为2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O，
故答案为：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O；
②由2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O得，处理废水产生了0.448L即$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol N₂（标准状况），则需消耗浓度为0.5mol•L^-1的次氯酸钠的体积为$\frac{0.02×3}{0.5}$×1000ml=120ml，
故答案为：120；
（4）由装置如图3所示，左边为阳极为CN^-失电子生成氮气的反应，又溶液成碱性，所以反应式为：2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；右边为阴极为氢离子得电子生成氢气的反应，所以甲为氢气，
故答案为：H₂；2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

点评 本题考查了氧化还原反应、盖斯定律的应用、电解池的原理的应用，题目难度中等，明确盖斯定律的应用方法以及从化合价的角度分析氧化还原反应是解题的关键，侧重于考查学生的分析能力、计算能力和对基础知识的综合应用能力．