Question

氮的氧化物是造成空气污染的主要气体之一．
用某些特殊的催化剂能将汽车尾气中的CO、NO_x、碳氢化合物转化成无毒物质．已知：
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
（1）写出NO（g）与CO（g）催化转化成N₂（g）和CO₂（g）的热化学方程式

 

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（2）用NH₃还原NO_x生成N₂和H₂O．现有NO、NO₂的混合气3L，可用同温同压下3.8L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

 

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（3）用电解法降解治理水中硝酸盐污染．在酸性条件下，电解原理如图1，直流电源A为

 

极（填正或负），写出电解原理的总反应离子方程式

 

（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

 

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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

 

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Answer 1

考点：有关混合物反应的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,物质的量或浓度随时间的变化曲线,电解原理

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；
②根据原电池可以加快化学反应速率来回答．

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
根据盖斯定律，③×2-②-①可得：NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△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3.8L，根据电子守恒可知：3.8L×3=2x+4×（3-x），
x=0.3L，则二氧化氮体积为2.7L，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：0.3L：2.7L=1：9，
故答案为：1：9；
（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，阳极上氢氧根失去电子生成氧气，电解总反应为：2NO₃^-+4H⁺=2N₂↑+2H₂O+5O₂↑，
故答案为：正极；2NO₃^-+4H⁺=2N₂↑+2H₂O+5O₂↑；
（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，
故答案为：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
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，
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．

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，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力．