Question

【題目】冶金工業(yè)、硝酸工業(yè)的廢氣廢液中含氮化合物污染嚴(yán)重，必須處理達(dá)標(biāo)后才能排放。

Ⅰ．用活性炭處理工廠尾氣中的氮氧化物。

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g) =4NO(g)+6H2O(l) ΔH1=a kJ·mol1

②4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) ΔH2=b kJ·mol1

③C(s)+O2(g) =CO2(g) ΔH3=c kJ·mol1

則反應(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的ΔH=________。

（2）在容積不變的密閉容器中，一定量的NO與足量的C發(fā)生反應(yīng)：C(s)+2NO(g)N2(g) + CO2(g) ΔH= Q kJ·mol1，平衡時(shí)c(NO)與溫度T的關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是________。

A．其他條件不變，改變活性炭的用量，平衡一定不移動(dòng)

B．該反應(yīng)的Q＞0，所以T1、T2、T3對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)：K1＜K2＜K3

C．溫度為T2時(shí)，若反應(yīng)體系處于狀態(tài)D，則此時(shí) υ(正)＞υ(逆)

D．若狀態(tài)B、C、D體系的壓強(qiáng)分別為p(B)、p(C)、p(D)，則p(D)=p(C)＞p(B)

（3）已知某溫度時(shí)，反應(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=，在該溫度下的2L密閉容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO發(fā)生反應(yīng)，t1時(shí)刻達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出反應(yīng)過程中c(NO)隨時(shí)間t的變化曲線。_________________

Ⅱ．用納米鐵粉或電解法處理廢水中的硝酸鹽。

（4）納米鐵粉處理污水中NO3的離子方程式為：4Fe+NO3–+10H+=4Fe2++NH4++3H2O。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，pH偏低將會(huì)導(dǎo)致NO3的去除率下降，其原因是________________。相同條件下，納米鐵粉去除不同水樣中NO3的速率有較大差異（見下圖），產(chǎn)生該差異的可能原因是________________________。

（5）電解法處理水中硝酸鹽的原理是：以金屬Pt作電極，用質(zhì)子交換膜把溶液分為陰陽兩極區(qū)，陰極區(qū)為含硝酸鹽的工業(yè)廢水，接通直流電源進(jìn)行電解，產(chǎn)物為N2。請(qǐng)寫出陰極的電極反應(yīng)式____________。

Answer 1

【答案】 （+c）kJ/mol C 納米鐵粉與H+反應(yīng)生成H2，導(dǎo)致NO3-的去除率下降 Cu或Cu2+對(duì)納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)有催化作用（或形成Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)速率） 2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O

【解析】I.（1）應(yīng)用蓋斯定律。

（2）A項(xiàng)，將C全部從平衡體系中移走，平衡逆向移動(dòng)；B項(xiàng)，根據(jù)圖像，升高溫度c（NO）增大，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Q0；C項(xiàng)，狀態(tài)D的c（NO）大于T2平衡時(shí)c（NO），則狀態(tài)D反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)υ（正）υ（逆）；D項(xiàng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，氣體分子物質(zhì)的量始終不變，在容積不變的密閉容器中體系的壓強(qiáng)取決于溫度，溫度越高壓強(qiáng)越大，則p（C）p（B）=p（D）。

（3）用三段式和化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算平衡時(shí)c（NO）。

II.（4）pH偏低，溶液酸性較強(qiáng)，納米鐵粉與H+反應(yīng)生成H2，導(dǎo)致NO3-的去除率下降。根據(jù)圖像，含Cu2+的水樣中NO3-的去除速率更快，產(chǎn)生差異的原因是：Cu或Cu2+對(duì)納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)有催化作用（或形成Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)速率）。

（5）根據(jù)題意，陰極NO3-得電子被還原成N2，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2，結(jié)合質(zhì)子交換膜和原子守恒書寫。

I.（1）應(yīng)用蓋斯定律，將③-①+②得，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）ΔH=（c-+）kJ/mol。

（2）A項(xiàng)，將C全部從平衡體系中移走，平衡逆向移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，根據(jù)圖像，升高溫度c（NO）增大，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Q0且K1K2K3，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)，狀態(tài)D的c（NO）大于T2平衡時(shí)c（NO），則狀態(tài)D反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)υ（正）υ（逆），C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，氣體分子物質(zhì)的量始終不變，在容積不變的密閉容器中體系的壓強(qiáng)取決于溫度，溫度越高壓強(qiáng)越大，則p（C）p（B）=p（D），D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選C。

（3）用三段式，設(shè)從起始到平衡轉(zhuǎn)化c（NO）為xmol/L

C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）

c（起始）（mol/L） 1.0 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L） x

c（平衡）（mol/L） 1.0-x

化學(xué)平衡常數(shù)K===，解得x=0.6，作圖時(shí)，起始c（NO）為1.0mol/L，隨著時(shí)間推移c（NO）減小，t1達(dá)到平衡時(shí)c（NO）為1.0mol/L-0.6mol/L=0.4mol/L，t1后c（NO）保持0.4mol/L。

II.（4）pH偏低，溶液酸性較強(qiáng)，納米鐵粉與H+反應(yīng)生成H2，導(dǎo)致NO3-的去除率下降。根據(jù)圖像，含Cu2+的水樣中NO3-的去除速率更快，產(chǎn)生差異的原因是：Cu（Fe與Cu2+反應(yīng)生成Cu，反應(yīng)的方程式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu）或Cu2+對(duì)納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)有催化作用（或形成Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應(yīng)速率）。

（5）根據(jù)題意，陰極NO3-得電子被還原成N2，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2，結(jié)合質(zhì)子交換膜和原子守恒，陰極的電極反應(yīng)式為2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O。