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是環境保護的重要課題。

（1）用水吸收NOx的相關熱化學方程式如下：

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。寫出電解時陽極的電極反應式：____________________________________。

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

（4）在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。

①NH3與NO2生成N2的反應中，當生成1 mol N2時，轉移的電子數為__________mol。

②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的反應器中反應（裝置見題20圖1）。

反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如題20圖2所示，在50～250 ℃范圍內隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是____________________________；當反應溫度高于380 ℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。

Answer 1

【答案】（14分）

（1）136.2

（2）HNO22e+H2O3H++NO3

（3）2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O

（4）①

②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去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應速率增大

催化劑活性下降；NH3與O2反應生成了NO

【解析】分析：（1）應用蓋斯定律解答。

（2）根據電解原理，陽極發生失電子的氧化反應，陽極反應為HNO2失去電子生成HNO3。

（3）HNO2與（NH2）2CO反應生成N2和CO2，根據得失電子守恒和原子守恒寫出方程式。

（4）①NH3與NO2的反應為8NH3+6NO27N2+12H2O，該反應中NH3中-3價的N升至0價，NO2中+4價的N降至0價，生成7molN2轉移24mol電子。

②因為反應時間相同，所以低溫時主要考慮溫度和催化劑對化學反應速率的影響；高溫時NH3與O2發生催化氧化反應生成NO。

詳解：（1）將兩個熱化學方程式編號，

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）

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

（2）根據電解原理，陽極發生失電子的氧化反應，陽極反應為HNO2失去電子生成HNO3，1molHNO2反應失去2mol電子，結合原子守恒和溶液呈酸性，電解時陽極電極反應式為HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+。

（3）HNO2與（NH2）2CO反應生成N2和CO2，N元素的化合價由HNO2中+3價降至0價，N元素的化合價由（NH2）2CO中-3價價升至0價，根據得失電子守恒和原子守恒，反應的化學方程式為2HNO2+（NH2）2CO=2N2↑+CO2↑+3H2O。

（4）①NH3與NO2的反應為8NH3+6NO27N2+12H2O，該反應中NH3中-3價的N升至0價，NO2中+4價的N降至0價，生成7molN2轉移24mol電子。生成1molN2時轉移電子數為mol。

②因為反應時間相同，所以低溫時主要考慮溫度和催化劑對化學反應速率的影響；高溫時NH3與O2發生催化氧化反應。在50~250℃范圍內，NOx的去除率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去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應速率增大，溫度升高催化劑活性下降。反應溫度高于380℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是NH3與O2反應生成了NO，反應的化學方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。