Question

【题目】第19届亚洲运动会将于2022年在杭州举行，杭州的空气与水质量的提高越来越成为人们关注的问题。其中，烟气中的NOx与水中总氮含量(包括有机氮及NO3-、NO2-、NH4+等无机氮)都必须脱除(即脱硝)后才能排放。请回答下列问题：

I.空气的脱硝处理：

已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝ -890.3.kJ· mol-1

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) ΔH2＝ +180.kJ· mol-1

（1）CH4可用于脱硝，其化学方程式为CH4(g)＋4NO(g)CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝____kJ· mol-1。在恒温，恒容的密闭容器中通入2mol CH4和4mol NO，下列说法正确的是____。

A.甲烷过量，可将NO完全转化为N2

B.从反应开始到平衡的过程中，NO的转化率一直增大

C.反应过程中，容器中的压强保持不变

D.平衡后，再通入一定量的甲烷，正反应速率增大

（2）C2H4也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2＋负载量对其NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图1所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu2＋负载量分别是____。

II.水的脱硝处理：

（3）水中的含氮物质在好氧硝化菌的作用下有如下反应：

2NH4+(aq)+3O2(g)=2NO2-(aq)+4H+(aq)+2H2O(l)(快反应)

2NO2-(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)(慢反应)

20℃时含氮废水(以NH4＋)的NH4+的浓度随DO(水体中溶解氧)浓度的变化曲线如图2所示，在图2上画出20℃时NO2-的浓度随DO的变化趋势图。_______

（4）研究表明，用电解法除去氨氮废水(反应中视为NH4+)有很高的脱氮(转化为N2)效率，写出该过程中阳极的电极反应式____。

Answer 1

【答案】-1250.3 BD 3%、350℃左右 2NH4+－6e－=N2+8H+

【解析】

(1)根据盖斯定律分析解答；A．可逆反应中反应物不能完全转化为生成物；B．从反应开始到平衡的过程中，NO的物质的量一直在减少；C．反应过程中，气体总物质的量减少；D．再通入一定量的甲烷，反应物浓度增大；

(2)根据图像找出NO去除率最高时对应的温度和催化剂中Cu2+负载量；

(3)由题给信息可知，生成NO2-的反应较快，后逐渐被氧化生成NO3-，NO2-浓度先增大后减小；

(4)阳极发生氧化反应，NH4+被氧化生成氮气。

I．(1)根据盖斯定律求解，CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H= -890.3kJmol-1①；N2(g)+O2(g)═2NO(g) △H= +180kJmol-1②；CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l) △H3③；则③=①-②×2，△H3=△H1-2△H2= -890.3-2×(+180)=-1250.3kJ；

A．可逆反应中反应物不能完全转化为生成物，所以NO不能完全反应，故A错误；B．从反应开始到平衡的过程中，NO的物质的量一直在减少，则NO转化率一直增大，故B正确；

C．反应过程中，气体总物质的量减少，气体压强与物质的量成正比，所以压强减小，故C错误；

D．平衡后，再通入一定量的甲烷，反应物浓度增大，浓度越大，反应速率越快，则正反应速率加快，故D正确；故选BD；

(2)由图1可知在350℃左右，催化剂中Cu2+负载量为3%时，NO去除率最高；

(3)由题给信息可知，生成NO2-的反应较快，后逐渐被氧化生成NO3-，NO2-浓度先增大后减小，则图像为；

(4)阳极发生氧化反应，NH4+被氧化生成氮气，电极方程式为2NH4+-6e-=N2+8H+。