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．已知：
N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
写出NO（g）与CO（g）催化转化成N2（g）和CO2（g）的热化学方程式 ．
（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NO3-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NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是 ．
②已知活性炭能吸附NH4+、OH-．pH=2.5时，将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以提高脱氮的效果，其原因是 ．正常地下水中含有CO32-，会影响脱氮的效果，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．已知：
N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
写出NO（g）与CO（g）催化转化成N2（g）和CO2（g）的热化学方程式
（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NO3-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
②已知活性炭能吸附NH4+、OH-．pH=2.5时，将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以提高脱氮的效果，其原因是
考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学方程式的有关计算,热化学方程式,化学电源新型电池
专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题
分析：（1）根据方程式的加减得出NO与CO催化转化成N2和CO2的化学方程式，焓变相应的加减，从而得出其热化学反应方程式；
（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；
（3）根据图象知，硝酸根离子得电子发生氧化反应，则Ag-Pt作阴极，Pt电极为阳极，A为正极，B为负极，以此解答该题；
（4）①根据图示知道t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应；亚铁离子属于弱碱阳离子，会发生水解反应；
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；
（3）根据图象知，硝酸根离子得电子发生氧化反应，则Ag-Pt作阴极，Pt电极为阳极，A为正极，B为负极，以此解答该题；
（4）①根据图示知道t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应；亚铁离子属于弱碱阳离子，会发生水解反应；
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）N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案为：2NO （g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（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，则二氧化氮体积为2.25L，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为：0.75：2.25=1：3，
故答案为：1：3；
（3）由图示知在Ag-Pt电极上NO3-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极，在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2，利用电荷守恒与原子守恒知有H2O参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O，
故答案为：2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；
（4）①根据图示知道t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应，即4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O；根据反应：4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，溶液中NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，原因是生成的Fe2+水解所致，
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，此外，活性炭吸附生成物NH4+、OH-能降低出水中的NH4+浓度且使溶液的酸性增强；CO32-+H2O?HCO3-+OH-，溶液酸性减弱，脱氮效果降低，Fe2++CO32-=FeCO3↓，FeCO3覆盖在反应物的表面阻止反应进行．
2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案为：2NO （g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（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，则二氧化氮体积为2.25L，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为：0.75：2.25=1：3，
故答案为：1：3；
（3）由图示知在Ag-Pt电极上NO3-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极，在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2，利用电荷守恒与原子守恒知有H2O参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O，
故答案为：2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；
（4）①根据图示知道t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应，即4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O；根据反应：4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，溶液中NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，原因是生成的Fe2+水解所致，
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，此外，活性炭吸附生成物NH4+、OH-能降低出水中的NH4+浓度且使溶液的酸性增强；CO32-+H2O?HCO3-+OH-，溶液酸性减弱，脱氮效果降低，Fe2++CO32-=FeCO3↓，FeCO3覆盖在反应物的表面阻止反应进行．
点评：本题考查了热化学方程式的书写、电解原理及电极反应书写、化学反应速率的影响因素、化学实验方案的判断等知识，题目难度较大，试题涉及的题量较大，知识点较多、综合性强，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
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