Question

【题目】汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科学家们-直致力于污染物的有效消除。

(1)利用氨水可以将SO2、氮氧化物吸收，原理如下图所示。

请写出NO2和NO按体积比1：1被吸收时反应的离子方程式_________________________。

(2)科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研究。

①己知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=-113.0kJ· mol-1

2SO2(g)+O2(g)=2SO3(l) △H2=-288.4kJ· mol-1

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H3=+180.5kJ· mol-1

请判断反应NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(l) △H4，在低温下能否自发进行_______(填“能”或“否”)，理由是__________________________。

②己知TiO2催化尾气降解原理为：

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)

i、在一定条件下，模拟CO、NO的降解，得到降解率(即转化率)随时间变化如图所示，

反应40秒后检测到混合气体中N2浓度上升，HNO3气体浓度有所降低，请用化学方程式并结合化学反应原理知识解释可能的原因____________________________________________。

ii，沥青混凝土也可降解CO。如图为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(α、β型)在不同温度下，反应相同时间，测得CO降解率变化。结合图表回答下列问题：

已知在50℃时在α型沥青混凝土容器中，平衡时O2浓度为0.01mol·L-1，求此温度下CO降解反应的平衡常数____________________(用含x的代数式表示)；以β型沥青混凝土颗粒为载体，将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管，在10～60℃范围内进行实验，请在图中用线段与阴影，仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围(示例：)_____________________。

(3)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)也可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2，b极的电极反应式为_______________________________。

Answer 1

【答案】NO2+NO+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+ 能 △H4= -87.7kJ· mol-1<0，根据方程式可判断反应的△S<0，故在低温时能自发进行 i发生反应2NON2＋O2生成N2，NO浓度降低，平衡2H2O＋4NO＋3O24HNO3逆向移动，HNO3浓度降低 2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-（或2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O）

【解析】

（1）根据图中分析，反应物为NO、NO2、NH4HSO3，产物为N2，该反应为氧化还原反应，则SO42-一定也是产物，据此写出离子方程式；

（2）①先根据盖斯定律，计算出△H4，再根据△G=△H-T△S分析该反应能否自发进行，

②i、结合反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)、2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4HNO3(g)进行分析即可；

ii、列出反应的三段式，用x表示出各组分的浓度，再根据K=进行计算；题中说明TiO2纳米管的催化效果更好，则其CO降解率随温度变化的曲线应在β型曲线的上方，趋势和β型曲线相同；

（3）b极上，HSO3-变为了S2O42-，S由+4价变为了+3价，则要得到电子，依此可写出电极方程式。

（1）根据图中分析，反应物为NO、NO2、NH4HSO3，产物有N2、SO42-，该反应的离子方程式为NO2+NO+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+；

（2）①根据盖斯定律可得：△H4=(-△H1+△H2)=×(113.0kJ·mol-1-228.4kJ·mol-1)= -87.7kJ· mol-1<0，而反应△S也小于0，故低温时△G=△H-T△S<0，该反应能自发进行；

②i、NO降解：2NO(g)N2(g)＋O2(g)，N2的浓度升高，NO的浓度降低，使得平衡2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4HNO3(g)逆向移动，HNO3的浓度也降低；

ii、设CO的初始浓度为y mol·L-1，则反应的三段式为：

，

K===；

题中说明TiO2纳米管的催化效果更好，则其CO降解率随温度变化的曲线应在β型曲线的上方，趋势和β型曲线相同，如下图所示：

；

（3）b极上，HSO3-变为了S2O42-，S由+4价变为了+3价，是得到电子的过程，则该电极反应方程式为：2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-。