Question

8．北京PM2.5有6個重要來源，其中，汽車尾氣和燃煤分別占4%、18%．

（1）用于凈化汽車尾氣的反應為：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）已知該反應在570K時的平衡常數(shù)為1×10⁵⁹，但反應速率極慢．下列說法正確的是D．
A．裝有尾氣凈化裝置如圖1的汽車排出的氣體中不再含有NO或CO
B．提高尾氣凈化效率的最佳方法是升高溫度
C．增大壓強上述平衡右移，故實際操作中可通過增壓的方式提高其凈化效率
D．提高尾氣凈化效率的最佳途徑是使用高效催化劑
（2）CO對人類生存環(huán)境的影響很大，CO治理問題屬于當今社會的熱點問題．鎳與CO反應的化學方程式為Ni（s）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g），鎳與CO反應會造成鎳催化劑中毒．為防止鎳催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂除去CO，生成物為S和CO₂．已知相關反應過程的能量變化如圖2所示：用SO₂除去CO的熱化學方程式為SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ•mol^-1．
（3）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．發(fā)生的化學反應是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$?_{催化劑}^{180℃}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是增大NH₃濃度（或減小壓強、降低溫度）（填一種即可）．
（4）利用ClO₂氧化氮氧化物反應過程如下：NO$?_{反應Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$?_{反應Ⅱ}^{Na_{2}DO_{3}水溶液}$
反應Ⅰ的化學方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，反應Ⅱ的離子方程式是2 NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-．若有11.2L N₂生成（標準狀況），共消耗NO60g．
（5）化學在環(huán)境保護中起著十分重要的作用，電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．該方法可用H₂將NO₃^-還原為N₂，25℃時，反應進行10min，溶液的pH由7變?yōu)?2．其原理如圖3所示．
電源負極為B （填“A”或“B”），陰極反應式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-； 陽極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．反應是可逆反應，不能進行徹底；
B．尾氣溫度已經(jīng)很高，再升高溫度的意義不大；
C．從平衡常數(shù)分析反應進行程度，凈化設備經(jīng)濟效益分析；
D．提高凈化速率的最好方法是使用高效催化劑；
（2）依據(jù)圖象書寫熱化學方程式，
圖1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=-aKJ/mol
圖2 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-bKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②×2-①得到所需熱化學方程式；
（3）發(fā)生的化學反應是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$?_{催化劑}^{180℃}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0，反應是氣體體積增大的放熱反應，為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可采取的措施為：使化學平衡向正反應方向移動可以提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率；
（4）根據(jù)二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮氣，方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，由2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，通過化學方程式建立關系式然后計算；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要是失電子，所以N₂O₅在陽極區(qū)生成，Pt為陽極，A為電源正極，B為電源負極，依據(jù)電解原理可知，在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，陽極反應為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺．

解答 解：（1）A．該反應為可逆反應，不能完全轉(zhuǎn)化，排出的氣體中一定含有NO或CO，故A錯誤；
B．尾氣溫度已經(jīng)很高，再升高溫度，反應速率提高有限，且消耗更多能源，意義不大，故B錯誤；
C、因平衡常數(shù)已經(jīng)較大，增大壓強雖然平衡正向移動，但對設備要求更高，不符合生成經(jīng)濟效益，故C錯誤；
D、研制高效催化劑可提高反應速率，解決反應極慢的問題，有利于尾氣的轉(zhuǎn)化，故D正確；
故答案為：D；
（2）圖1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=-aKJ/mol
圖2 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-bKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②×2-①得到：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+CO₂（g）△H=2△H₂-△H₁=-（2b-a）KJ/mol，
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ•mol^-1；
（3）使化學平衡向正反應方向移動可以提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，增加反應物濃度平衡正向移動，所以可以采取增大NH₃濃度的措施，由于此反應為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，此反應正反應方向為氣體體積增大的方向，減小壓強平衡正向移動，
故答案為：增大NH₃濃度（或減小壓強、降低溫度）；
（4）二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮氣，方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，由2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄得：
    4NO～N₂
 30×4g   22.4L
 60g     11.2L
所以共消耗NO質(zhì)量60g，
故答案為：2 NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-； 60；
（5）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極，在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應且有水生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應式為：2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，陽極反應為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺，電極方程式為：2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，
故答案為：B；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．

點評 本題涉及熱化學方程式的計算、化學平衡移動、電解原理、氧化還原原理等知識點，題目綜合性程度一般，難度較大，掌握好原理是關鍵．