Question

【題目】研究NOx、CO等大氣污染氣體的處理及利用的方法具有重要意義，可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的。

（1） 利用甲烷催化還原NOx：

CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=﹣574kJmol﹣1

CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=﹣1160kJmol﹣1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為 。

（2）已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，發生如下反應：CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)，500℃時的平衡常數為9，若在該溫度下進行，設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020 mol·L－1，則CO的平衡轉化率為： 。

（3） 用活化后的V2O5作催化劑，氨氣將NO還原成N2的一種反應歷程如圖1所示。

①寫出總反應化學方程式 。

②測得該反應的平衡常數與溫度的關系為：lgK=5.08+217.5/T，該反應是 反應（填“吸熱”或“放熱”）。

③該反應的含氮氣體組分隨溫度變化如圖2所示，當溫度達到700K時，發生副反應的化學方程式 。

（4）下圖是用食鹽水做電解液電解煙氣脫氮的一種原理圖，NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO3—，尾氣經氫氧化鈉溶液吸收后排入空氣。如下圖，電流密度和溶液pH對煙氣脫硝的影響。

①NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO3－反應的離子方程式 。

②溶液的pH對NO去除率影響的原因是 。

③若極板面積10cm2，實驗煙氣含NO 1.5%，流速為0.070L·s－1（氣體體積已折算成標準狀態，且煙氣中無其他氣體被氧化），法拉第常數為96500 C·mol－1，測得電流密度為1.0 A·cm－2。列式計算實驗中NO除去率 。

Answer 1

【答案】（1） CH4（g）+2NO2（g）＝N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝﹣867 kJ·mol－1（2分）

（2） 75%（2分） （3） ①4NH3+4NO＋O24N2+6H2O (2分) ② 放熱 （1分）

③4NH3+5O2 4NO+6H2O；（2分）（4） ①3Cl2+8OH－+2NO＝2NO3－+6Cl－+4H2O（2分）

②次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強（1分）③（2分）

【解析】

試題分析：（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=﹣574kJmol﹣1

②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=﹣1160kJmol﹣1

根據蓋斯定律可知（①＋②）÷2即得到甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為

CH4（g）+2NO2（g）＝N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝﹣867 kJ·mol－1。

（2） CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始濃度（mol/L） 0.02 0.02 0 0

轉化濃度（mol/L） c c c c

平衡濃度（mol/L）0.02-c 0.02-c c c

則根據平衡常數可知

解得c＝0.015

所以CO的轉化率是×100%＝75%

（3）①用V2O5作催化劑，NH3可將NO還原成N2，結合反應歷程圖可知反應物還有氧氣，生成物為N2和H2O，配平即得反應方程式為4NH3+4NO＋O24N2+6H2O。

②測得該反應的平衡常數與溫度的關系為：lgK=5.08+217.5/T，這說明升高溫度K值減小，因此反應向逆反應方向進行，所以該反應是放熱反應。

③根據圖像可知當溫度達到700K時氮氣的含量降低，NO含量升高，這說明氨氣被氧氣氧化為NO和水，則發生副反應的化學方程式為4NH3+5O2 4NO+6H2O。

（4）①惰性電極電解飽和食鹽水，陽極氯離子放電產生氯氣，則NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO3－反應的離子方程式為3Cl2+8OH－+2NO＝2NO3－+6Cl－+4H2O。

②根據圖像可知pH越小，去除率越高，這是由于次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強，因此去除率升高。

③若極板面積10cm2，實驗煙氣含NO 1.5%，流速為0.070L·s－1（氣體體積已折算成標準狀態，且煙氣中無其他氣體被氧化），法拉第常數為96500 C·mol－1，測得電流密度為1.0 A·cm－2，反應中氮元素化合價從＋2價升高到＋5價，失去3個電子，因此實驗中NO除去率為。