Question

4．NO_x的处理是当今环境保护的重要课题．
（1）氢气催化还原法．发生的主要反应有
2NO（g）+4H₂（g）+O₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1148kJ．mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ．mol^-1
则2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）?H=-664kJ?mol^-1
（2）碱液吸收法．以KMnO₄作氧化剂，用NaOH溶液吸收时，NO被氧化为NO₂^-．反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1：1，反应的离子方程式为NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O．将吸收液酸化后，所得HNO₂可与尿素[CO（NH₂）₂]反应，生成两种无害气体，若处理过程中产生了3.36L（标准状况）气体，则转移电子0.3mol．
（3）酸液吸收法．NO被氧化后，吸收生成NO₃^-和NO₂^-．将NO与空气混合后通入HNO₃溶液，测得尾气中NO_x体积分数随$\frac{V（NO）}{V（空气）}$[设a=$\frac{V（NO）}{V（空气）}$]及硝酸浓度的变化关系如图1所示．

 ①实验测得，当a约为4：5时，尾气中NO_x体积分数较小，其原因是此时，n（NO）：n（NO₂）=1：1，吸收后生成HNO₂或n（NO）：n（O₂）=4：1，吸收后生成HNO₂；
 ②当a较小时，HNO₃浓度增大至25%以上，尾气中NO_x体积分数增大的原因是如果硝酸的浓度太大，硝酸本身会分解出NOx，从而使排放的NOx比例升高．
③吸收液可用电解法进一步处理，其原理如图2所示．阳极的电极反应式为NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据已知方程式构建目标方程式，结合盖斯定律进行计算；
（2）该反应中锰元素化合价由+7价变为+2价，N元素化合价由+2价变为+3价，再根据氧化剂和还原剂的计量数之比以及原子守恒书写方程式；亚硝酸和尿素发生氧化还原反应生成两种无毒气体，根据元素守恒知，两种无毒气体应该是氮气和二氧化碳气体，根据方程式计算转移电子数；
（3）①NO被氧化后，吸收生成NO₃^-和NO₂^-，但当a约为4：5时，此时，n（NO）：n（NO₂）=1：1，生成HNO₂；
②浓硝酸易分解生成氮的氧化物，从而使排放的NOx比例升高；
③电解池中阳极失电子发生氧化反应，为NO₂^-失去电子生成硝酸根离子，阴极氢离子得到电子生成氢气．

解答 解：（1）①2NO（g）+4H₂（g）+O₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1148kJ．mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ．mol^-1
根据盖斯定律：①-②得：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=（-1148kJ•mol^-1）-（-484kJ•mol^-1）=-664kJ•mol^-1，
故答案为：-664；
（2）以KMnO₄作氧化剂，用NaOH溶液吸收时，NO被氧化为NO₂^-，反应物为NO、MnO₄^-、OH^-，产物有NO₂^-，N元素化合价由+2价变为+3价，NO为还原剂，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1：1，反应的离子方程式为：NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O，酸性条件下，亚硝酸和尿素发生氧化还原反应生成两种无毒气体，根据元素守恒知，两种无毒气体应该是氮气和二氧化碳气体，反应方程式为：CO（NH₂）₂+2HNO₂=CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，每生成3mol气体转移6mol电子，若处理过程中产生了3.36L（标准状况）气体（$\frac{3.36L}{22.4mol/L}$=0.15mol），则转移电子0.3mol，
故答案为：NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O；0.3；
（3）①氧气在空气中体积分数为21%，当a约为4：5时，n（NO）：n（O₂）=4：1，此时，NO被氧化后，4NO+O₂+2H₂O=4HNO₂，吸收生成HNO₂，尾气中NO_x体积分数较小，
故答案为：此时，n（NO）：n（NO₂）=1：1，吸收后生成HNO₂或n（NO）：n（O₂）=4：1，吸收后生成HNO₂；
②浓硝酸不稳定易分解，如果硝酸的浓度太大，硝酸本身会分解出NOx，从而使排放的NOx比例升高，
故答案为：如果硝酸的浓度太大，硝酸本身会分解出NOx，从而使排放的NOx比例升高；
③电解池中阳极阴离子NO₂^-失电子发生氧化反应，反应为：NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺，
故答案为：NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺．

点评 本题考查反应热计算、氧化还原反应、图象分析、电化学等知识，侧重考查学生分析计算能力，注意盖斯定律的熟练应用，（3）为该题的难点，掌握硝酸的性质以及电解池的工作原理为解答关键，题目难度中等．