Question

【题目】党的十九大报告中提出要建设美丽中国，推进绿色发展。燃煤烟气(污染气体包括NOx、CO、SO2等)的综合治理是解决大气污染的主要途径。

(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除其污染。已知：

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ·mol-1

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ·mol-1

写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式__________。

(2)选择合适的催化剂，在一定条件下可对部分燃煤烟气回收，其主要反应是：2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)△H=-270kJ·mol-1

①其他条件相同、催化剂不同时，SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是__________。

②T℃Fe2O3催化作用下，将等物质的量的CO和SO2充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程中CO的物质的量随时间变化如图2所示。10min内该反应的速率v(SO2)=________；T℃时该化学反应的平衡常数K=______；保持容积固定，若升高温度，反应的平衡常数_________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，容器内混合气体的密度__________。

(3) 图3是用食盐水做电解液电解烟气脱氮的原理图，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO3-，尾气经NaOH溶液吸收排入空气。

①NO被氧化的离子方程式是__________。

②若通入的烟气2240L(标准状况)，烟气中NO含量为15%，(假设烟气中无其他含氮气体)，测得溶液中含有NO3-的物质的量为1.47mol,则NO除去率为__________%。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H＝－955 kJ·mol-1 单位时间内，用Fe2O3作催化剂在温度340℃~420℃范围内SO2的转化率都很高，适用温度较广泛 0.005 mol·L-1·min-1 6.67 （或20/3） 减小 增大 3Cl2+8OH-+2NO＝2NO3-+6Cl-+4H2O 或3ClO-+2OH-+2NO＝2NO3-+3Cl-+H2O均可 9.8

【解析】

(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1，③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJmol-1，盖斯定律计算①+②+③×4得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJmol-1，故答案为：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJmol-1；

(2)①根据图示内容，对比260℃时不同催化剂作用下SO2的转化率，可以看出Cr2O3作催化剂时，反应速率最快，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，单位时间内，用Fe2O3作催化剂在温度340℃～420℃范围内SO2的转化率都很高，适用温度较广泛，故答案为：单位时间内，用Fe2O3作催化剂在温度340℃～420℃范围内SO2的转化率都很高，适用温度较广泛；

②2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)△H=-270kJmol-1

图象可知10min反应达到平衡状态，CO物质的量为0.2mol，反应过程中CO变化的物质的量=0.4mol-0.2mol=0.2mol，结合化学方程式计算二氧化硫变化的物质的量0.1mol，反应速率v===0.005molL-1min-1，结合化学反应三行计算劣势计算平衡浓度，将等物质的量的CO和SO2充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，

2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)

起始量(mol/L) 0.2 0.2 0 0

变化量(mol/L) 0.1 0.05 0.1 0.05

平衡量(mol/L) 0.1 0.15 0.1

平衡常数K===6.67，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常减小，平衡逆向进行气体质量增大，容器体积不变，则密度增大，故答案为：0.005molL-1min-1；6.67；减小；增大；

(3)①电解食盐水阳极产生氯气作氧化剂，NO为还原剂，在碱性条件下的反应为：3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O；故答案为：3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O；

②若通入的烟气2240L(标准状况)，物质的量==100mol，烟气中NO含量为15%，(假设烟气中无其他含氮气体)，NO物质的量为15mol，3Cl2+8OH-+2NO= 2NO3-+6Cl-+4H2O，测得溶液中含有NO3-的物质的量为1.47mol，NO物质的量1.47mol，NO除去率=×100%=9.8%，故答案为：9.8。