Question

【題目】采用科學(xué)技術(shù)減少氮氧化物等物質(zhì)的排放可促進(jìn)社會主義生態(tài)文明建設(shè)。

(1)用CH4催化還原氮氧化物的相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-662 kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-1248 kJ/mol

反應(yīng)CH4(g)+2NO2(g)= N2(g) +CO2(g)+2H2O(l) △H=________kJ/mol

(2)氮氧化物可用堿溶液吸收。NO和NO2混合氣體按一定比例被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和H2O，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________；若反應(yīng)過程中消耗NaOH的物質(zhì)的量為3 mol，則理論上被吸收的NO和NO2混合氣體的總體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為________L。

(3)NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)原理如圖1所示：

①由圖1可知SCR技術(shù)中的還原劑為________。

②一定時(shí)間內(nèi)，用Fe作催化劑，氨氣按一定的比例催化還原氮氧化物時(shí)，不同溫度下的脫氮率如圖2所示，溫度高于300℃時(shí)，脫氮率隨溫度的升高而下降的原因可能是________。

(4)利用反應(yīng)6NO2+8NH3=7N2+12H2O設(shè)計(jì)成原電池，既能減輕氮氧化物對環(huán)境的污染，又能充分利用化學(xué)能，裝置如圖3所示。

①電極B是________極（填“正”或者“負(fù)”）。

②A電極的電極反應(yīng)式為________。

Answer 1

【答案】-955 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 67.2 NH3 隨著溫度升高催化劑活性降低，所以脫氮率隨溫度的升高而下降。 正 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)根據(jù)元素守恒、電子守恒書寫反應(yīng)方程式；根據(jù)NaOH的物質(zhì)的量與反應(yīng)消耗氣體物質(zhì)的量關(guān)系計(jì)算氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)n=計(jì)算氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積；

(3)①根據(jù)還原劑失去電子，元素化合價(jià)升高分析判斷；

②利用催化劑在一定溫度下催化效率最高分析判斷；

(4)根據(jù)在原電池反應(yīng)中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)分析解答。

(1)已知：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-662 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-1248 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將(①+②)×，整理可得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955 kJ/mol；

(2)NO和NO2混合氣體按一定比例被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和H2O，則根據(jù)元素原子守恒、電子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O；由方程式可知：NaOH的物質(zhì)的量與反應(yīng)消耗氣體的物質(zhì)的量相等，若反應(yīng)過程中消耗NaOH的物質(zhì)的量為3 mol，則理論上被吸收的NO和NO2混合氣體的物質(zhì)的量也是3 mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的總體積V(NO+NO2)=3 mol×22.4 L/mol=67.2 L；

(3)①根據(jù)圖示可知NH3與NO、NO2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生N2、H2O，在反應(yīng)中NH3中N元素化合價(jià)為-3價(jià)，反應(yīng)后變?yōu)?/span>N2中的0價(jià)，化合價(jià)升高，失去電子，被氧化，所以NH3為還原劑；

②一定時(shí)間內(nèi)，用Fe作催化劑，氨氣按一定的比例催化還原氮氧化物時(shí)，溫度不同，反應(yīng)脫氮率不同，催化劑只有在一定溫度范圍內(nèi)催化效率最高，當(dāng)溫度高于300℃時(shí)，脫氮率隨溫度的升高而下降的原因可能是由于隨著溫度升高催化劑活性降低，導(dǎo)致脫氮率隨溫度的升高而下降；

(4)①根據(jù)圖示可知：電極A上通入NH3，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)變?yōu)?/span>N2，所以A電極為負(fù)極；電極B上通入NO2，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)?/span>N2，所以B電極為正極；

②電極A上通入NH3，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)變?yōu)?/span>N2，其中的+1價(jià)的H與溶液中OH-結(jié)合形成H2O，則A電極為負(fù)極，負(fù)極A的電極反應(yīng)式為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。