Question

【題目】采用科學技術減少氮氧化物等物質的排放可促進社會主義生態文明建設。

(1)用CH4催化還原氮氧化物的相關熱化學方程式如下：

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，寫出該反應的化學方程式________；若反應過程中消耗NaOH的物質的量為3 mol，則理論上被吸收的NO和NO2混合氣體的總體積在標準狀況下為________L。

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

①由圖1可知SCR技術中的還原劑為________。

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

(4)利用反應6NO2+8NH3=7N2+12H2O設計成原電池，既能減輕氮氧化物對環境的污染，又能充分利用化學能，裝置如圖3所示。

①電極B是________極（填“正”或者“負”）。

②A電極的電極反應式為________。

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)根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)根據元素守恒、電子守恒書寫反應方程式；根據NaOH的物質的量與反應消耗氣體物質的量關系計算氣體的物質的量，然后根據n=計算氣體在標準狀況下的體積；

(3)①根據還原劑失去電子，元素化合價升高分析判斷；

②利用催化劑在一定溫度下催化效率最高分析判斷；

(4)根據在原電池反應中負極失去電子，發生氧化反應，正極上得到電子，發生還原反應分析解答。

(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，則根據元素原子守恒、電子守恒，可得該反應的化學方程式為：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O；由方程式可知：NaOH的物質的量與反應消耗氣體的物質的量相等，若反應過程中消耗NaOH的物質的量為3 mol，則理論上被吸收的NO和NO2混合氣體的物質的量也是3 mol，其在標準狀況下的總體積V(NO+NO2)=3 mol×22.4 L/mol=67.2 L；

(3)①根據圖示可知NH3與NO、NO2發生反應產生N2、H2O，在反應中NH3中N元素化合價為-3價，反應后變為N2中的0價，化合價升高，失去電子，被氧化，所以NH3為還原劑；

②一定時間內，用Fe作催化劑，氨氣按一定的比例催化還原氮氧化物時，溫度不同，反應脫氮率不同，催化劑只有在一定溫度范圍內催化效率最高，當溫度高于300℃時，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，導致脫氮率隨溫度的升高而下降；

(4)①根據圖示可知：電極A上通入NH3，失去電子，發生氧化反應變為N2，所以A電極為負極；電極B上通入NO2，得到電子，發生還原反應變為N2，所以B電極為正極；

②電極A上通入NH3，失去電子，發生氧化反應變為N2，其中的+1價的H與溶液中OH-結合形成H2O，則A電極為負極，負極A的電極反應式為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。