Question

16．研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义．

（1）NO在空气中存在如下反应：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H上述反应分两步完成，其中第一步反应①如下，写出第二步反应②的热化学方程式（其反应的焓变△H₂用含△H、△H₁的式子来表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0     ②N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁
（2）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．反应的热化学方程式为：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1811.63KJ/mol；反应在恒容密闭容器中进行，在其它相条件同时，选用不同的催化剂，反应产生N₂的物质的量随时间变化如图1所示．
①在催化剂A的作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示，据图可知，在相同的时间内，300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小（催化剂均末失效），其可能的原因是300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小．
②其他条件相同时，请在图2中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线．
（3）工业制HNO₃的尾气中含有的NO₂和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为：NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，现有平均组成为NO_x的NO、NO₂混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，则：
①x的取值范围为1.5≤x＜2．
②反应后溶液中n（NO₂^-）：n（NO₃^-）=（5-2x）：（2x-3）．（用含x的代数式表示）
（4）电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，如图3所示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O^2-，电解池阴极反应为2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．

Answer 1

分析 （1）第二步反应②为：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根据盖斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），总的热化学方程式-①可得②；
（2）由图可知300℃以前温度越高脱氮率越高，300℃后温度越高脱氮率越低，原因可能是300℃前是平衡的建立过程，而300℃后是平衡的移动，故答案为：300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小；300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小．B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变；
（3）平均组成为NO_x的NO、NO₂混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据反应NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O和NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，说明只有当n（NO₂）：n（NO）≥1时，混合气体才能被NaOH溶液完全吸收．当n（NO₂）：n（NO）=1时，x=1.5；当只有NO₂时，x=2；故x取值范围为1.5≤x＜2．NO_x被NaOH溶液完全吸收，根据氧化还原反应中，得失电子守恒规律，计算n（NO₂^-）：n（NO₃；
（4）电解法处理氮氧化合物原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2-，阴极发生还原反应，阴极上是NO_x获得电子生成N₂与O^2-．

解答 解：（1）第二步反应②为：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根据盖斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），总的热化学方程式-①可得②，则反应②的热化学方程式为：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ，
故答案为：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁；
（2）由图可知300℃以前温度越高脱氮率越高，300℃后温度越高脱氮率越低，原因可能是300℃前是平衡的建立过程，而300℃后是平衡的移动，故答案为：300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小；300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小．B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变，所以图象为        ，
故答案为：300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小；；
（3）平均组成为NO_x的NO、NO₂混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据反应NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O和NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，说明只有当n（NO₂）：n（NO）≥1时，混合气体才能被NaOH溶液完全吸收．当n（NO₂）：n（NO）=1时，x=1.5；当只有NO₂时，x=2；故x取值范围为1.5≤x＜2．NO_x被NaOH溶液完全吸收，根据氧化还原反应中，得失电子守恒规律，可写出反应的化学方程式为2NO_x+2NaOH=（5-2x）NaNO₂+（2x-3）NaNO₃+H₂O，因此反应后溶液中n（NO₂^-）：n（NO₃^-）=（5-2x）：（2x-3），
故答案为：为1.5≤x＜2；（5-2x）：（2x-3）；
（4）电解法处理氮氧化合物原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2-，阴极发生还原反应，阴极上是NO_x获得电子生成N₂与O^2-，电极反应式为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．

点评 本题考查了盖斯定律，化学平衡的影响因素，化学反应速率的影响因素，氮的化合物，氧化还原反应，电解原理的应用，注意基础知识的积累，题目难度中等．