Question

2．大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除（即脱硝）后才能排放．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
CH₄可用于脱硝，其热化学方程式为：CH₄（g）+4NO（g）=CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（1），△H=-1250.3 kJ•mol^-1．
（2）C₂H₄也可用于烟气脱硝．为研究温度、催化剂中Cu²⁺负载量对NO去除率的影响，控制其它条件一定，实验结果如图1所示．为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu²⁺负载量分别是350℃左右、3%．

（3）臭氧也可用于烟气脱硝．
①O₃氧化NO 结合水洗可产生HNO₃和O₂．
②一种臭氧发生装置原理如图2所示．阳极（惰性电极）的电极反应式为3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺．
③将石墨电极设置成颗粒状的目的是增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率．
（4）如图3是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理．

①该脱硝原理中，NO最终转化为N₂（填化学式）．
②当消耗2molNH₃和0.5molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为44.8L．
（5）NO直接催化分解（生成N₂与O₂）也是一种脱硝途径．在不同条件下，NO的分解产物不同．在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示．写出Y和Z的化学式：N₂O、NO₂．
（6）NO₂会污染环境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂．已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，此反应的离子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反应后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱碱性，则溶液中存在的所有离子浓度大小关系是c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根据盖斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），据此计算；
（2）根据图象找出NO去除率最高时对应的温度和催化剂中Cu²⁺负载量；
（3）②酸性条件下，水在阳极失电子生成臭氧；
③增大接触面积加快反应效率；
（4）①由图3可知反应物为氧气、一氧化氮和氨气最终生成物为氮气和水；
②根据氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量计算；
（5）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，根据原子守恒判断产物；
（6）9.2gNO₂的物质的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反应生成CO₂时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在碱性溶液中应生成NaNO₃和NaNO₂，二者浓度相等，NO₂^-水解溶液呈碱性．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根据盖斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-890.3kJ•mol^-1-2×（+180kJ•mol^-1）=-1250.3 kJ•mol^-1；
故答案为：-1250.3 kJ•mol^-1；
（2）由图1可知在350℃左右，催化剂中Cu²⁺负载量为3%时，NO去除率最高；
故答案为：350℃左右、3%；
（3）②酸性条件下，水在阳极失电子生成臭氧，生成1mol臭氧转移6mol电子，则电极方程式为：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
故答案为：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
③将石墨电极设置成颗粒状的目的是，增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率
故答案为：增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率；
（4）①由图3可知反应物为氧气、一氧化氮和氨气最终生成物为氮气和水，所以NO最终转化为N₂和H₂O；
故答案为：N₂；
②氧气、一氧化氮和氨气反应生成氮气和水，反应中氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量，2mol NH₃转化为N₂失去6mol电子，0.5mol O₂得到2mol电子，则NO转化为N₂得到的电子为4mol，所以NO的物质的量为2mol，其体积为44.8L；
故答案为：44.8L；
（5）NO在40℃下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由图象可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，其反应方程式为：3NO=Y+Z，根据原子守恒可知为N₂O、NO₂；
故答案为：N₂O、NO₂；
（6）9.2gNO₂的物质的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反应生成CO₂时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在碱性溶液中应生成NaNO₃和NaNO₂，二者浓度相等，NO₂^-水解溶液呈碱性，所得溶液中的离子浓度大小关系为c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学方程式的书写、电解原理的应用、氧化还原反应、图象的分析与应用等，考查了学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．