Question

【题目】脱除工业废气中的氮氧化物(主要是指NO和NO2)可以净化空气、改善环境，是环境保护的主要课题。

(1)早期是利用NH3还原法，可将NOx还原为N2进行脱除。

已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=-905.9 kJ/mol

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

③H2O(g)H2O(l) △H=-44 kJ/mol

写出常温下，NH3还原NO反应的热化学方程式：____________。

(2)以漂粉精溶液为吸收剂可以有效脱除烟气中的NO。

①漂粉精溶液的主要成分是Ca(ClO)2，若吸收过程中，消耗的Ca(ClO)2与吸收的NO的物质的量之比为3：4，则脱除后NO转化为____________。

②某一兴趣小组研究不同温度下相同浓度漂粉精溶液对NO脱除率的影响，结果如图所示：

图中，40～60℃ NO脱除率上升可能的原因为____________；60～80℃ NO脱除率下降可能的原因为____________。

(3)过硫酸钠(Na2S2O8)氧化去除NO

第一步：NO在碱性环境中被Na2S2O8氧化为NaNO2

第二步： NaNO2继续被氧化为NaNO3，反应为NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O。不同温度下，平衡时NO2-的脱除率与过硫酸钠(Na2S2O8)初始浓度(指第二步反应的初始浓度)的关系如图所示：

①a、b、c、d四点平衡常数K由大到小的顺序为____________，原因是____________。

②若a点(0.1，40%)时，NO2-的初始浓度为a mol·L-1，平衡时pH=13，则65℃时，第二步反应的平衡常数K=____________。(用含a的代数式表示)

(4)利用新型材料光催化脱除NO法如图所示：

某电化小组将过程A、B设计成酸性电解池反应，则该反应中阴极反应为_______。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=-2069.9 kJ/mol HNO3(或NO3-) 温度升高，化学反应速率加快 温度升高，气体溶解度下降(或温度升高，ClO-水解增强) K(b)>K(a)=K(c)=K(d) 温度相同，化学平衡常数相同，a、c、d三点在同一温度下，K值相同；该反应的正反应为吸热反应，b点温度升高，NO2的脱除率上升，说明升高温度，化学平衡向正向移动，K值增大 O2+2e-+2H+=H2O2

【解析】

(1)常温下氨气还原NO产生N2和液体水，方程式为4NH3+6NO5N2+6H2O，将已知三个热化学方程式叠加，可得该反应的热化学方程式；

(2)①根据反应过程中电子守恒分析判断；②根据温度、浓度或盐的水解等原因分析；

(3)①平衡常数只与温度有关，温度相同，化学平衡常数相同，根据温度与NO2-的脱除率的关系，结合平衡移动原理分析；

②根据pH计算溶液中c(H+)，利用水的离子积计算c(OH-)，结合NO2-脱除率及各种物质的浓度计算第二步反应的平衡常数K的数值；

(4)根据电解池反应原理分析。

(1)根据盖斯定律，将①-②×5+③×6，整理可得4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) △H=-2069.9 kJ/mol；

(2)①Ca(ClO)2具有氧化性，NO具有还原性，二者发生氧化还原反应时物质的量之比为3：4，反应后ClO-反应变为Cl-，假设NO反应后被氧化，产物中N元素化合价为+x，根据电子守恒可知3×2×2=4×(x-2)，解得x=+5价，所以脱除后NO转化为+5价的HNO3(或NO3-)；

②在图中，40～60℃NO脱除率上升可能是由于温度升高，化学反应速率加快，可以使NO更快反应，导致NO脱除率增大；随温度升高，当温度在60～80℃NO脱除率又随温度的升高而下降可能是由于温度升高使气体NO在溶液中气体溶解度下降(或温度升高，ClO-水解增强)；

(3)根据图象可知：在Na2S2O8初始浓度相同时，温度越高，NO2-脱除率越大，说明升高温度，化学平衡正向移动，化学平衡常数增大，在相同温度下，化学平衡常数相同，与物质的浓度大小无关，所以a、b、c、d四点平衡常数K由大到小的顺序为b>a=c=d，即K(b)>K(a)=K(c)=K(d)；

②对于反应，NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O，由于开始时c(NO2-)=a mol/L，c(S2O82-)=0.1 mol/L，NO2-的平衡脱除率为40%，所以根据物质反应转化关系可知，平衡时c(NO2-)=0.6a mol/L，c(S2O82-)=(0.1-0.4a) mol/L，c(NO2-)=0.4a mol/L，c(SO42-)=0.8a mol/L，平衡时pH=13，则该溶液中c(OH-)=0.1 mol/L，所以该反应的化学平衡常数K=；

(4)根据已知的物质转化关系可知：在过程A中，O2得到电子，与溶液中的H+结合形成H2O2，电极反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，该电极得到电子，发生还原反应，即为阴极的电极反应式；在过程B中，NO失去电子，与H2O结合形成NO，产生产生H+，电极反应为：NO-2e-+H2O=NO2+2H+，总反应方程式为：O2+H2O+NO=NO2+H2O2。