Question

【題目】消除含氮化合物對大氣和水體的污染是環境保護的重要研究課題。

(1) 化學上采用NH3處理NxOy不僅可以消除污染，還可作為工業生產的能量來源。

已知：2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=－177kJ/mol

4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) △H=－1253.4kJ/mol

則用NH3處理NO生成氮氣和氣態水的熱化學方程式為___________________。

(2)已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0。不同溫度下，向三個容器中分別投入相同量的反應物進行反應，測得不同壓強下平衡混合物中NH3的物質的量分數如圖所示。

①M點的v正_________Q點的v正(填“>”“<”或“=”)。

②T3溫度下，將1molN2和3molH2充入2L的密閉容器中，維持壓強為60MPa不變，達到N點的平衡狀態，反應的濃度平衡常數K=_____________ (用最簡分數表示)，M點的平衡常數比N點的平衡常數_________(填“大”“小”或“相等”)。

(3)水體中過量氨氮(以NH3表示)會導致水體富營養化。

①用次氯酸鈉除去氨氮的原理如圖所示。寫出總反應化學方程式：_____________。

②取一定量的含氨氮廢水，改變加入次氯酸鈉的用量，反應一段時間后，溶液中氨氮去除率、總氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的總量)去除率以及剩余次氯酸鈉的含量隨m(NaClO)∶m(NH3)的變化情況如上圖所示。點B剩余NaClO含量低于點A的原因是____。當m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時，水體中總氮去除率反而下降，可能的原因是__________。

(4)電極生物膜電解脫硝是電化學和微生物工藝的組合。某微生物膜能利用電解產生的活性原子將NO3-還原為N2，工作原理如題圖所示。若陽極生成標準狀況下2.24 L氣體，理論上可除去NO3-的物質的量為_____mol。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋6NO (g)=5N2(g)＋6H2O(g)　 ΔH＝-1784.4kJ·mol－1 > 25/108 大 2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O 增加NaClO的量，反應速率加快，相同時間內NaClO消耗多 有部分NH3被氧化成NO2-或NO3- 0.08

【解析】

(1)NH3和NO生成氮氣和氣態水的化學方程式為4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)，根據已知熱化學方程式結合蓋斯定律分析解答；

(2)①Q、M兩點在同一等溫曲線上，但M點壓強高，根據壓強對化學反應速率影響解答；②利用三段式計算N點各物的物質的量，再根據物質的量之比等于體積之比計算平衡時容器體積，轉化為各物質的濃度代入平衡常數表達式計算K，該反應正向是放熱反應，溫度越高平衡常數K越小，據此分析解答；

(3)①根據圖示判斷發生氧化還原反應的反應物和生成物，根據轉電子守恒和元素守恒進行書寫；②增加次氯酸鈉會加快反應速率；NaClO投入過多會將氨氮氧化為NO3-等更高價態的物質；

(4)陽極上氫氧根離子失電子生成的氧氣，根據生成的氧氣計算出轉移的電子的物質的量，結合電子守恒計算理論上可除去NO3-的物質的量。

(1)NH3和NO生成氮氣和氣態水的化學方程式為4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)，①2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=－177kJ/mol，②4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) △H=－1253.4kJ/mol；根據蓋斯定律①×3+②得到4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)△H=(-177kJ/mol)×3+(-1253.4kJ/mol)-1784.4kJ/mol，故答案為：4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)△H=-1784.4kJ/mol；

(2)①Q、M兩點在同一等溫曲線上，但M點壓強高，所以M點反應速率大，故答案為：＞；

②反應的三段式：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol) 1 3 0

變化里(mol) x 3x 2x

平衡量(mol) 1-x 3-3x 2x

平衡時氨氣的含量為20%，即×100%=20%，x=mol，N2、H2、NH3的物質的量分別為mol、2mol、mol，總物質的量為(4-2×)mol=mol，恒壓時氣體體積之比等于物質的量之比，所以平衡時容器體積為L=L，即c(N2)=c(NH3)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L，平衡常數K===，該反應正向放熱，升溫平衡逆向移動，平衡常數k減小，所以T3＞T2時，T3℃平衡常數小于T2℃時平衡常數，即M點平衡常數大于N點平衡常數，故答案為：；大；

(3)①根據圖示，由始態和終態判斷反應物中NH3被氧化為N2，則NaCl被還原為NaCl，生成1molN2轉移6mol電子，根據轉移的電子守恒，需要3molNaClO，再結合元素守恒，反應的化學方程式為2NH3+3NaClO=N2+3H2O+3NaCl，故答案為：2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O；

②增加NaClO的量，反應速率加快，相同時間內NaClO消耗多，使得B點剩余NaClO含量低于A點；當m(NaClO)：m(NH3)＞7.7時，可能是NaClO投入過多會將氨氮氧化為NO3-等更高價態的物質，未能從溶液中除去，使得總氮的去除率隨m(NaClO)：m(NH3)的增大不升反降，故答案為：增加NaClO的量，反應速率加快，相同時間內NaClO消耗多；NaClO投入過多會將部分NH3被氧化成NO2-或NO3-；

(4)陽極發生氧化反應，溶液中的氫氧根離子失電子生成的氧氣，標準狀況下，2.24L氧氣的物質的量==0.1mol，轉移的電子為0.1mol×4=0.4mol，活性原子將NO3-還原為N2，存在關系NO3-～N2～5e-，理論上可除去NO3-的物質的量==0.08mol，故答案為：0.08。