Question

【題目】NOx（主要指NO和NO2）是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環(huán)境保護(hù)的重要課題。

（1）用水吸收NOx的相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=116.1 kJ·mol1

3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol1

反應(yīng)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·mol1。

（2）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，電解該混合溶液可獲得較濃的硝酸。寫出電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：________________________________。

（3）用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收過(guò)程中存在HNO2與(NH2)2CO生成N2和CO2的反應(yīng)。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________________。

（4）在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)（裝置見(jiàn)下圖）。

反應(yīng)相同時(shí)間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如題下圖所示，在50～250 ℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升的主要原因是____________________________；當(dāng)反應(yīng)溫度高于380 ℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。

Answer 1

【答案】 136.2 HNO22e+H2O3H++NO3 2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大 催化劑活性下降；NH3與O2反應(yīng)生成了NO

【解析】（1）將兩個(gè)方程式編號(hào)，應(yīng)用蓋斯定律，解總焓變；

（2）根據(jù)電解原理，陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；

（3）HNO2與(NH2)2CO反應(yīng)生成N2和CO2，根據(jù)電子守恒和原子守恒配平；

（4）因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間相同，所以低溫時(shí)主要考慮溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；高溫時(shí)NH3與O2發(fā)生催化氧化反應(yīng)。

（1）將兩個(gè)方程式編號(hào)，

2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=116.1 kJ·mol1（①式）

3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol1 （②式）

應(yīng)用蓋斯定律，將（①×3+②）2得，反應(yīng)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=[(-116.1 kJ·mol1)×3+75.9 kJ·mol1]2=-136.2kJ·mol1，

故答案為：136.2；

（2）根據(jù)電解原理，陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)為HNO2失電子生成HNO3，1mol HNO2反應(yīng)失去2mol電子，結(jié)合原子守恒和溶液呈酸性，電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：HNO22e+H2O3H++NO3，

故答案為：HNO22e+H2O3H++NO3；

（3）HNO2與(NH2)2CO反應(yīng)生成N2和CO2，N元素化合價(jià)由HNO2中+3價(jià)降至0價(jià)，N元素的化合價(jià)由(NH2)2CO中-3價(jià)升至0價(jià)，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O，

故答案為：2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O；

（4）因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間相同，所以低溫時(shí)主要考慮溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；高溫時(shí)NH3與O2發(fā)生催化氧化反應(yīng)，在50～250 ℃范圍內(nèi)，NOx的去除率先迅速上升是催化劑活性隨著溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx的去除率迅速增大；當(dāng)反應(yīng)溫度高于380 ℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是溫度升高催化劑活性下降，NH3與O2反應(yīng)生成了NO，

故答案為：迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大 ；催化劑活性下降；NH3與O2反應(yīng)生成了NO。