Question

【題目】煙氣(主要污染物SO2、NOx)是大氣主要污染物，有效去除大氣中的SO2、NOx是環境保護的重要課題。

(1) 用天然堿生產小蘇打的母液(主要溶質為碳酸鈉)吸收煙氣中SO2的相關反應的熱化學方程式如下：

2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq)ΔH＝a kJ·mol－1

2NaHCO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝b kJ·mol－1

Na2SO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===2NaHSO3(aq)ΔH＝c kJ·mol－1

反應Na2CO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2) 用碳酸鈉溶液吸收NO2的過程會產生NaNO2和NaNO3，寫出相關化學反應方程式：__________________________________________________。

(3) 工業上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染，模擬工藝如圖所示，寫出電解時鐵電極發生的電極反應式：__________________________。隨后，鐵電極附近有無色氣體產生，寫出有關反應的離子方程式：__________________________________________。

(4) 工業上以鈦基氧化物涂層材料為陽極、碳納米管修飾的石墨為陰極，電解硝酸鈉和硫酸鈉混合溶液，可使NO3-變為NH4+。電極(電催化劑)所處的環境對其催化活性和選擇性均起到重要作用。

①其他條件不變，向其中一份電解液中投加一定量NaCl，去除NH4+的效果明顯提高，溶液中氮元素含量顯著降低。可能原因是______________________________________________。

②其他條件不變，只改變溶液的pH，NO3-去除率如圖所示，pH升高時，去除率________，可能原因是______________________________________。

Answer 1

【答案】(a+b)/2 Na2CO3＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋CO2 Fe－2e－===Fe2＋ 2NO2-＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O 水中的氯離子在陽極上被氧化成氯氣(或游離氯)，與銨離子發生氧化反應，生成N2，從而使銨離子從水溶液中得到去除 降低 隨著pH的升高，催化劑的催化活性明顯下降(催化劑表面吸附的物質種類不同，酸堿度影響催化劑的活性)

【解析】

綜合運用蓋斯定律、電解原理、催化知識、化學反應中的守恒原理等，解決去除大氣中的SO2、NOx的相關問題。

(1)由已知

2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)===Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq) ΔH＝a kJ·mol－1

2NaHCO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝b kJ·mol－1

兩式相加得

2Na2CO3(aq)＋2SO2(g)=2Na2SO3(aq)＋2CO2(g) ΔH＝（a+b）kJ·mol－1

故Na2CO3(aq)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋CO2(g) ΔH＝(a+b)/2kJ·mol－1。

(2)NO2溶于水呈酸性，用碳酸鈉溶液吸收NO2產生NaNO2和NaNO3，同時會生成CO2，化學反應方程式Na2CO3＋2NO2＝NaNO2＋NaNO3＋CO2。

(3)由電解池中陽離子移動方向可知鐵為陽極，電極反應為Fe－2e－＝Fe2＋；酸性溶液中，陽極生成的Fe2＋將NO2-還原為N2，離子方程式2NO2-＋8H＋＋6Fe2＋＝N2↑＋6Fe3＋＋4H2O。

(4)①電解液含NaCl時，陽極會生成氯氣，氯氣將NH4+氧化為N2從溶液中逸出，使溶液中氮元素含量顯著降低。

②從圖中看，當反應時間相同時，pH越大，NO3-去除率越低。可能是pH影響催化劑的活性，pH升高使催化活性下降。