Question

2．大氣污染越來(lái)越成為人們關(guān)注的問(wèn)題，煙氣中的NO_x必須脫除（即脫硝）后才能排放．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
CH₄可用于脫硝，其熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+4NO（g）=CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（1），△H=-1250.3 kJ•mol^-1．
（2）C₂H₄也可用于煙氣脫硝．為研究溫度、催化劑中Cu²⁺負(fù)載量對(duì)NO去除率的影響，控制其它條件一定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示．為達(dá)到最高的NO去除率，應(yīng)選擇的反應(yīng)溫度和Cu²⁺負(fù)載量分別是350℃左右、3%．

（3）臭氧也可用于煙氣脫硝．
①O₃氧化NO 結(jié)合水洗可產(chǎn)生HNO₃和O₂．
②一種臭氧發(fā)生裝置原理如圖2所示．陽(yáng)極（惰性電極）的電極反應(yīng)式為3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺．
③將石墨電極設(shè)置成顆粒狀的目的是增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率．
（4）如圖3是一種用NH₃脫除煙氣中NO的原理．

①該脫硝原理中，NO最終轉(zhuǎn)化為N₂（填化學(xué)式）．
②當(dāng)消耗2molNH₃和0.5molO₂時(shí)，除去的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為44.8L．
（5）NO直接催化分解（生成N₂與O₂）也是一種脫硝途徑．在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同．在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線如圖4所示．寫(xiě)出Y和Z的化學(xué)式：N₂O、NO₂．
（6）NO₂會(huì)污染環(huán)境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂．已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，此反應(yīng)的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反應(yīng)后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱堿性，則溶液中存在的所有離子濃度大小關(guān)系是c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），據(jù)此計(jì)算；
（2）根據(jù)圖象找出NO去除率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度和催化劑中Cu²⁺負(fù)載量；
（3）②酸性條件下，水在陽(yáng)極失電子生成臭氧；
③增大接觸面積加快反應(yīng)效率；
（4）①由圖3可知反應(yīng)物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮?dú)夂退��?br />②根據(jù)氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量計(jì)算；
（5）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據(jù)原子守恒判斷產(chǎn)物；
（6）9.2gNO₂的物質(zhì)的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，反應(yīng)中只有N元素化合價(jià)變化，則N的化合價(jià)分別由+4價(jià)變化為+5價(jià)和+3價(jià)，反應(yīng)的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在堿性溶液中應(yīng)生成NaNO₃和NaNO₂，二者濃度相等，NO₂^-水解溶液呈堿性．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-890.3kJ•mol^-1-2×（+180kJ•mol^-1）=-1250.3 kJ•mol^-1；
故答案為：-1250.3 kJ•mol^-1；
（2）由圖1可知在350℃左右，催化劑中Cu²⁺負(fù)載量為3%時(shí)，NO去除率最高；
故答案為：350℃左右、3%；
（3）②酸性條件下，水在陽(yáng)極失電子生成臭氧，生成1mol臭氧轉(zhuǎn)移6mol電子，則電極方程式為：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
故答案為：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
③將石墨電極設(shè)置成顆粒狀的目的是，增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率
故答案為：增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率；
（4）①由圖3可知反應(yīng)物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮?dú)夂退�，所以NO最終轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O；
故答案為：N₂；
②氧氣、一氧化氮和氨氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，反�?yīng)中氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量，2mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂失去6mol電子，0.5mol O₂得到2mol電子，則NO轉(zhuǎn)化為N₂得到的電子為4mol，所以NO的物質(zhì)的量為2mol，其體積為44.8L；
故答案為：44.8L；
（5）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據(jù)元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應(yīng)方程式為：3NO=Y+Z，根據(jù)原子守恒可知為N₂O、NO₂；
故答案為：N₂O、NO₂；
（6）9.2gNO₂的物質(zhì)的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，反應(yīng)中只有N元素化合價(jià)變化，則N的化合價(jià)分別由+4價(jià)變化為+5價(jià)和+3價(jià)，反應(yīng)的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在堿性溶液中應(yīng)生成NaNO₃和NaNO₂，二者濃度相等，NO₂^-水解溶液呈堿性，所得溶液中的離子濃度大小關(guān)系為c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、電解原理的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)、圖象的分析與應(yīng)用等，考查了學(xué)生的分析能力以及對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．