Question

【题目】烟气中的氮氧化物是造成大气污染的重要因素。

（1）NOx是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如下：

则N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)的热化学反应方程式为___。

（2）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag—ZSM—5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图1所示。

①若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为_____。

②NO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2所示。请写出NO分解的化学方程式：______。

（3）一定条件下，向NOx/O3混合物中加入一定浓度的SO2气体，进行同时脱硫脱硝实验，实验结果如图3。

①同时脱硫脱硝时NO的氧化率略低的原因是____。

②由图3可知SO2对NO的氧化率影响很小的原因是_____。

（4）有人设想采用下列方法减少烟气中的氮氧化物对环境的污染：用天然气中的CH4、H2等还原SO2，从产物中分离出一种含硫质量分数约为94%的化合物，并用这种化合物来还原NOx。请写出这种含硫化合物和NOx反应的化学方程式：_____。

（5）某工业废水中含有毒性较大的CN－，可用电解法将其转变为N2，装置如图4所示。电解池中生成N2的电极反应式为_____。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g)；ΔH＝＋184 kJ·mol－1 NO的分解反应是放热反应，升温有利于反应逆向进行 3NON2O＋NO2 SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度 O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快 2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS 2CN－＋12OH－－10e－=2CO32-＋N2↑＋6H2O

【解析】

(1)根据反应热=反应物的键能和-生成物的键能和，从而书写热化学方程式；

(2) 温度超过775 K，发现NO的分解率降低，说明平衡向逆反应方向移动；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，由图像可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，根据原子守恒判断产物书写方程式；

(3)SO2与O3反应导致减小了O3的浓度；SO2对NO的氧化率影响很小，说明臭氧与NO更易反应；

(4) 用天然气中的CH4、H2等还原SO2，S元素化合价降低，在含硫质量分数约为94%的化合物S显-2价，结合质量守恒判断该化合物的化学式，据此分析解答；

(5)由装置图可知，左边为阳极为CN-失电子生成氮气的反应，由此书写电极反应式。

(1)该反应中的反应热=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(946+498)kJ/mol-2×630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N2和O2反应生成NO的热化学反应方程式为N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+184kJmol-1；故答案为：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+184kJmol-1；

(2)①若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，说明平衡向逆反应方向移动，则该反应正反应为放热反应，故答案为：该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；

②NO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，由图像可知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，所以方程式为3NON2O+NO2，故答案为：3NON2O+NO2

(3)①SO2与O3反应，减小了O3的浓度，从而使NO的氧化率略低，故答案为：SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度；

②SO2对NO的氧化率影响很小，说明臭氧与NO更易反应，可说明O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快，故答案为：SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度；O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快；

(4) 用天然气中的CH4、H2等还原SO2，S元素化合价降低，从产物中分离出一种含硫质量分数约为94%的化合物，根据质量守恒，该化合物只能含有H和S元素，为H2S，H2S还原NOx生成氮气和硫，反应的方程式为2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS，故答案为：2xH2S＋2NOx=N2＋2xH2O＋2xS；

(5)根据图像，左边电极上CN－转变为N2，失去电子，发生氧化反应，CN-失电子生成氮气，因为溶液显碱性，因此电极反应式为：2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑+6H2O，故答案为：2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑+6H2O。