Question

【題目】消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。

（1）用活性炭還原法：某研究小組向某密閉容器中加入足量的活性炭和NO，發生反應：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g) △H＝Q kJ·mol－1 在 T1℃下，反應進行到不同時間測得各物質的濃度部分數據如下：

時間（min） 濃度mol/L	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.40		0.20	0.30	0.30
N2	0		0.40		0.60	0.60
CO2	0				0.60	0.60

①0～10 min 內，N2的平均反應速率 υ(N2)=________，T1℃時，該反應的平衡常數 K=_____。

②30 min 后，若只改變一個條件，反應重新達到平衡時各物質的濃度如上表所示，則改變的條件可能是____________ （填字母）

a. 加入一定量的活性炭 b. 改變反應體系的溫度 c. 縮小容器的體積 d. 通入一定量的NO

③若30 min后升高溫度至 T2℃，重新達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為7∶3∶3，則該反應的△H______0（填“＞” 、 “ ＝” 、或“＜” ）

（2）NH3催化還原法：原理如圖所示

①若煙氣中 c(NO2)： c(NO)=1∶1，發生如圖甲所示的脫氮反應時，反應過程中轉移1.5mol電子時放出的熱量為 113.8 kJ，則發生該脫氮反應的熱化學方程式為_____ 。

②圖乙是在一定時間內，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業使用的最佳催化劑和相應溫度分別為___；使用Mn作催化劑時，脫氮率b～a段呈現如圖變化的可能原因是___。

（3）直接電解吸收也是脫硝的一種方法。用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉化為硝酸。電解裝置如圖所示。

①圖中b應連接電源的_________ （填“正極”或“負極”）。

②將石墨電極設置成顆粒狀的目是_____________________。

③陽極的電極反應式為___________________。

Answer 1

【答案】0.03mol·L-1·min-1 4 c d ＜ 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol Mn，200℃ b~a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還沒達到化學平衡（反應限度），隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸升高 負極 增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應的效率 H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+）

【解析】

（1）①由圖可得，由同一反應中，物質的速率之比等于化學方程式中相應的化學計量數之比，可知；由題給表格可知，20min時N2的濃度為0.40mol/L，則NO的濃度為1.00mol/L-0.40mol/L×2=0.20mol/L，30min時NO的濃度為0.20mol/L，則20~30min時反應保持平衡狀態，此時平衡常數K=。故答案為：0.03mol·L-1·min-1；4；

②分析表中數據，30min后若只改變一個條件，反應重新達到平衡時各物質的濃度均為原平衡的1.5倍，據此進行

a．活性炭為固體，加入一定量的活性炭，平衡不移動，a項不可能；

b．改變體系溫度，平衡會移動，但不會導致NO、N2、CO2的濃度均增大，b項不可能；

c．縮小容器體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不移動，但物質的濃度都變大，c項可能；

d．通入一定量的NO，平衡向正反應方向移動，由于反應前后是氣體體積不變的反應，達平衡后NO、N2、CO2的濃度均成比例增大，d項可能；

答案為：cd；

③設T2℃后重新達到平衡時，NO的濃度為7x，則此時的平衡常數K2=，說明升高溫度反應向逆反應方向移動，則反應的△H＜0，故答案為：＜；

（2）①由圖知NH3催化還原法中，NH3被NO、NO2氧化成N2，NO、NO2做氧化劑，故反應方程式為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)，每2molNH3反應過程中轉移6mol電子，根據“反應過程中轉移1.5mol電子時放出熱量為113.8kJ”可知，轉移6mol電子，放出熱量=，故該脫氮反應的熱化學方程式為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol；答案為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol；

②由圖乙可知，Mn作催化劑，在200℃時的脫氮率最高。Cr作催化劑，在450℃左右脫氮率最高，相比Mn做催化劑更節約能源，由此可知工業使用的最佳催化劑和相應溫度為Mn，200℃；脫氮率b～a段呈現如圖變化的可能原因是開始溫度較低，催化劑的活性較低，故脫氮反應速率較慢，隨著溫度升高，反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸升高，故答案為：Mn，200℃；b～a段，溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還沒達到化學平衡（反應限度），隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸升高；

（3）①由題意可知，在電解槽中亞硝酸發生氧化反應轉變為硝酸，則生成氣體的反應為還原反應，即b電極處發生還原反應，根據電解池原理，可知發生還原反應的為電解池的陰極，與電源的負極相連，故答案為：負極；

②增大反應物的接觸面積能加快反應速率，故石墨電極為顆粒狀，可增大接觸面積，提高電解效率，答案為：增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應的效率；

③電極的陽極為氧化反應，即亞硝酸被氧化成硝酸，故電極反應方程式為：H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+），答案為：H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+）。