Question

【題目】燃煤煙氣中含有大量NOx和SO2，可經處理消除。

（1）用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

CH4(g)+ 4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)； H1=574.0 kJ ·mol-1

CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g)； H2= 1160.0 kJ·mol-1

①反應CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)； H3=_____；

②若該反應中將NOx還原為N2，消耗標準狀況下5.6L CH4，則反應過程中轉移的電子物質的量為___；

（2）用CH4原NO2的反應為CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)，向兩個容積均為2L溫度分別為T1°C、T2°C的恒溫恒容密閉容器中分別加入物質的量為1 mol的CH4和2molNO2，測得各容器中n(NO2)隨反應時間t的變化如圖所示：

①T1_______T2(填“>”或“<”)；

②T1°C時，40~80 min，用N2的濃度變化表示的平均反應速率為v(N2)=_____，此溫度下的化學平衡常數K=______；

③T1°C下，200 min時，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，化學平衡_____移動(填“正向”、 “逆向”或“不”)；

（3）亞氯酸鈉(NaClO2)和次氯酸鈉(NaClO)堿性混合液作為復合吸收劑可脫除煙氣中的NOx、SO2，使其轉化為NO3-、SO42-。

①寫出NO與NaClO2反應的離子方程式：__________________________；

②下圖表示在一定條件下溫度與復合吸收劑對煙氣中SO2、NO脫除效率的關系。圖中SO2比NO脫除效率高的原因可能是____________________________ ( 答出一點即可)；

（4）用堿液脫硝是目前研究的課題之一。

①將NO、NO2 控制物質的量之比接近1：1通入足量氫氧化鈉溶液可制NaNO2溶液。請寫出該反應的離子方程式______________________________。

②將工業上氫氧化鈉溶液脫硝得到的NaNO2、NaNO3的混合液和NaOH溶液分別加到下圖所示的電解槽中進行電解。寫出A室NO2發生的電極反應：____________________。

Answer 1

【答案】867kJmol-1 2mol < 0.0025molL-1min-1 0.25 正向 4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O SO2易溶于水，NO難溶于水，SO2溶于吸收劑中的濃度明顯比NO大(或SO2的還原性強或脫硝反應活化能較高) NO+NO2+2OH-=2NO2-+ H2O 2NO2-+6e-+4H2O=8OH-+ N2↑

【解析】

(1)①依據已知的熱化學方程式利用蓋斯定律解答；

②若反應中還原NOx至N2，消耗標準狀況下5.6LCH4，CH4被氧化為CO2，碳元素化合從-4價升高為+4價，可結合甲烷的物質的量，可計算反應中轉移電子數目；

(2)①根據先拐先平數值大原則分析，先拐先平溫度高；

②T1°C時，結合圖像找出40~80 min N2的濃度變化量計算v(N2)，利用三段式計算化學平衡常數K；

③T1°C下，200 min時，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，根據Qc與K的數值關系判斷；

(3)①廢氣中的NO與NaClO2反應，NaClO2具有氧化性，NO具有還原性，發生氧化還原反應，生成NO3-、Cl-，據此寫出反應的離子方程式；

②煙所中SO2和NO的水溶性存在明顯差異，影響了復合劑對煙氣中SO2、NO脫除效率；

(4)①NO、NO2 和足量氫氧化鈉溶液發生氧化還原反應生成NaNO2和水；

②通過A室產生了N2，可知A極的電解質溶液為NaNO3和NaNO2的混合溶液，NO2-在A極放電為N2，則A為陰極；則B極為陽極，電解質溶液為NaOH溶液，OH-在B極放電，據此分析。

(1)①已知：Ⅰ．CH4(g)+ 4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+ 2H2O(g) H1=574.0 kJ ·mol-1，

Ⅱ．CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) H2= 1160.0 kJ·mol-1，

由蓋斯定律：可得，CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g) H3= 867kJmol-1；

②還原NOx至N2，消耗標準狀況下5.6LCH4，n(CH4)=0.25mol，根據反應可知，CH4轉化為CO2，C元素由-4價變為+4價，1mol CH4參與反應轉移8mol電子，0.25mol CH4參與反應整個過程中轉移的電子物質的量為0.25mol×8=2mol；

(2)①根據先拐先平數值大原則，先拐先平溫度高，則T1＜T2，；

②T1°C時，結合圖像，40~80 min ，NO2物質的量變化量=1.50mol-1.10mol=0.40mol，濃度變化量==0.20mol/L，根據反應CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g)，濃度的變化量之比等于計量系數比，則N2的濃度變化量為0.10mol/L，則v(N2)== 0.0025molL-1min-1；120min時T1°C下，反應達到平衡，平衡時NO2物質的量為1mol，利用三段式：

化學平衡常數K==0.25；

③T1°C下，200 min時，向容器中再加入CH4、NO2和H2O(g)各l mol，Qc=＜K=0.25，則化學平衡正向移動；

(3)①廢氣中的NO與NaClO2反應，NaClO2具有氧化性，NO具有還原性，發生氧化還原反應，生成NO3-、Cl-，則此反應的離子方程式為4NO+3ClO2-+4OH-=4NO3-+3Cl-+2H2O；

②SO2易溶于水，而NO難溶于水，導致吸收劑中SO2濃度明顯比NO大，則SO2比NO脫除效率高；

(4)①將NO、NO2 控制物質的量之比接近1：1通入足量氫氧化鈉溶液可制NaNO2溶液，該反應的離子方程式：NO+NO2+2OH-=2NO2-+ H2O；

②NO2在陰極得電子被還原為氮氣，結合B室的溶液是堿性溶液，故放電的方程式為：2NO2+6e+4H2O=8OH+N2↑。