Question

20．二氧化硫和氮的氧化物是大气的主要污染物，防止和治理环境污染是当前环保工作的重要研究内容之一．
（1）用CH₄催化还原NO_x为N₂可以消除氮氧化物的污染．试写出总反应方程式：xCH₄+4NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$xCO₂+2N₂+2xH₂O，现有1L NO、NO₂混合气体NO_x，将其还原成N₂，需同温同压下CH₄的体积0.4L，则混和气体中NO、NO₂的物质量之比为2：3．
（2）新型纳米材料氧缺位铁酸锌（ZnFe₂O_x），常温下它能使工业废气中的氮的氧化物、SO₂分解，减小工业废气对环境的影响，它可由铁酸锌（ZnFe₂O₄）经高温还原制得．转化流程如图所示：
若2mol ZnFe₂O_x与SO₂可生成0.75mol S，x=3.25．写出由铁酸锌高温被H₂还原生成氧缺位铁酸锌的化学方程式4ZnFe₂O₄+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 4ZnFeO_3.25+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据反应物和生成物确定反应的方程式；计算出x值，可列式计算物质的量之比；
（2）根据得失电子守恒和化学式中元素化合价代数和为零解答，铁酸锌高温被H₂还原生成氧缺位铁酸锌，依据原子守恒配平书写化学方程式．

解答 解：（1）CH₄将氮氧化物（用NO_x表示）催化还原为N₂同时生成二氧化碳和水，反应的方程式为xCH₄+4NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$xCO₂+2N₂+2xH₂O，
现有1L由NO、NO₂组成的混合气体，若将其还原为N₂、需同温同压下0.4LCH₄，则x：4=0.4：1，可知x=1.6，故氮氧化物的分子式为NO_1.6，
设NO为xmol，NO₂为ymol，
则$\frac{x+2y}{x+y}$=1.6，
解之得：x：y=2：3，
故答案为：xCH₄+4NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$xCO₂+2N₂+2xH₂O；2：3；
（2）新型纳米材料ZnFe₂O_X可由化合物ZnFe₂O₄经高温还原制得，若2mol ZnFe₂O_X与SO₂反应可生成0.75molS，则ZnFe₂O_X被还原为ZnFe₂O₄，令中铁元素的化合价为a，根据电子转移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.75mol×4，解得，a=2.25，利用化合价代数和为零，2+2.25×2=2x，解得x=3.25，由铁酸锌高温被H₂还原生成氧缺位铁酸锌的化学方程式4ZnFe₂O₄+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 4ZnFeO_3.25+3H₂O，
故答案为：3.25；4ZnFe₂O₄+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 4ZnFeO_3.25+3H₂O．

点评 本题比较综合，考查了氧化还原、方程式的书写、原子守恒的计算应用等知识，解答时须熟练掌握氧化还原反应的原理，题目难度中等．