Question

【題目】氮氧化物是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)之一，作為空氣污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。

（1）下列關(guān)于氮氧化物有關(guān)敘述不正確的是:_______（填序號(hào)）

①對(duì)人體及動(dòng)物有毒害作用;②造成土壤污染；③一氧化氮可結(jié)合血紅蛋白造成人體缺氧；④是形成酸雨、酸霧的主要原因之一; ⑤增高大氣溫度；⑥與碳?xì)浠�合物形成光化學(xué)煙霧;⑦參與臭氧層的破壞；⑧一氧化氮分子作為一種傳遞神經(jīng)信息的 信使分子 ，在使血管擴(kuò)張，免疫，增強(qiáng)記憶力

（2）用CH4催化還原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的ΔH＝-1160kJ·mol-1

2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) ΔH＝+293 kJ·mol-1

則該條件下，CH4催化還原NO2消除污染的熱化學(xué)方程式為_______________。

（3）T1℃時(shí)，在剛性反應(yīng)器中以投料比為1:3的NO(g)與O2(g)反應(yīng)，其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如下表所示[t＝∞時(shí)，NO(g)完全反應(yīng)]。

t/min	0	40	80	160	260	700	∞
p/kPa	32.8	30.7	29.9	29.4	29.2	28.8	26.9

①NO(g)與O2(g)合成的反應(yīng)速率v＝4.2×10-2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min-1)，t＝42 min時(shí)，測(cè)得體系中p(O2)＝22.4 kPa，則此時(shí)的v＝_________kPa·min-1（計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。

②若降低反應(yīng)溫度至T2℃，則NO(g)與O2(g)完全反應(yīng)后體系壓強(qiáng)p∞(T2℃)_________（填“大于”“等于”或“小于”）26.9kPa，原因是___________________________________。

③T1℃時(shí)，反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常數(shù)Kp＝___kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，是指平衡時(shí)體系中生成氣體壓強(qiáng)冪之積與反應(yīng)物氣體壓強(qiáng)冪之積的比值。計(jì)算結(jié)果保留3位小數(shù)）。

(4)鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種,常見有+3、+4兩種價(jià)態(tài)。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2－、NO3－（兩者物質(zhì)的量之比為1:1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì),同時(shí)再生Ce4+,其原理如圖所示。

①Ce4+從電解槽的_____(填字母代號(hào))口流出。

②寫出陰極的電極反應(yīng)式：______________。

Answer 1

【答案】②⑤ CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH＝-867 kJ·mol-1 ①13.6 ②小于 溫度降低，體積不變，總壓強(qiáng)降低，NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡右移，體系中氣體物質(zhì)的量減少，總壓強(qiáng)降低 ③0.085 ①a ②2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O

【解析】

（1）根據(jù)氮氧化物的組成和性質(zhì)判斷；

（2）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

（3）①根據(jù)公式計(jì)算速率；

②NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡右移；

③T1℃時(shí)，反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常數(shù)Kp＝P2(NO2)/P(N2O4)；

（4）①采用電解法將NO2－轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時(shí)再生Ce4＋，過程中Ce化合價(jià)升高，為失電子反應(yīng)，電解池中陽極處的反應(yīng)為失電子反應(yīng)；

②電解池陰極發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)裝置圖，H＋到陰極參加反應(yīng)，電解將NO2－轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，可判斷為N2，據(jù)此寫出電極反應(yīng)；

（1）①氮氧化物有毒，對(duì)人體及動(dòng)物有毒害作用，故正確；

②氮氧化物在空氣中遇水易形成酸，造成大氣污染，故錯(cuò)誤；

③一氧化氮可結(jié)合血紅蛋白，使血紅蛋白失去攜氧能力，造成人體缺氧，故正確；

④氮氧化物在空氣中遇水易形成酸，是形成酸雨、酸霧的主要原因之一，故正確；

⑤氮氧化物沒有溫室效應(yīng)，不會(huì)增高大氣溫度，故錯(cuò)誤；

⑥氮氧化物與碳?xì)浠�合物形成光化學(xué)煙霧，故正確；

⑦氮氧化物能與臭氧反應(yīng)，參與臭氧層的破壞，故正確；

⑧一氧化氮分子作為一種傳遞神經(jīng)信息的信使分子，在使血管擴(kuò)張，免疫，增強(qiáng)記憶力，這是NO的用途之一，故正確。

故選②⑤。

（2）已知：①CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的ΔH＝-1160kJ·mol-1

②2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) ΔH＝+293 kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算：①+②得 CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH＝-867 kJ·mol-1 ；

（3）①T1℃時(shí)，在剛性反應(yīng)器中以投料比為1:3的NO(g)與O2(g)反應(yīng)，p(NO)=32.8kPa×1/4=8.2kPa，p(O2)=32.8kPa×3/4=24.6kPa

2NO + O2= 2NO2

P始/kPa 8.2 24.6

P變/kPa 4.4 2.2 4.4

P末/kPa 3.8 22.4 4.4

NO(g)與O2(g)合成的反應(yīng)速率v＝4.2×10-2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min-1)，t＝42 min時(shí)，測(cè)得體系中p(O2)＝22.4 kPa，則此時(shí)的v＝4.2×10-2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min-1)=4.2×10-2×3.82×22.4(kPa·min-1)=13.6(kPa·min-1)；

②若降低反應(yīng)溫度至T2℃，則NO(g)與O2(g)完全反應(yīng)后體系壓強(qiáng)p∞(T2℃)小于26.9kPa，原因是溫度降低，體積不變，總壓強(qiáng)降低，NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡右移，體系中氣體物質(zhì)的量減少，總壓強(qiáng)降低。

③T1℃時(shí)，反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常數(shù)Kp＝P2(NO2)/P(N2O4)；

假設(shè)NO全部轉(zhuǎn)化為NO2，則P(NO2)=8.2kpa，P(O2)=20.5kpa，設(shè)平衡時(shí)P(N2O4)=x，

N2O4(g) 2NO2

P始/kPa 0 8.2

P變/kPa x 2x

P平/kPa x 8.2-2x

x+ 8.2-2x+20.5=26.9

x=1.8

p總=26.9

平衡常數(shù)Kp＝P2(NO2)/P(N2O4)=(8.2-2×1.8)2/（1.8）=11.75

本題發(fā)生的反應(yīng)是： 2NO2 N2O4(g)，故Kp＝1/11.75kPa=0.085kpa；

（4）①采用電解法將NO2－轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時(shí)再生Ce4＋，過程中Ce化合價(jià)升高，為失電子反應(yīng)，電解池中陽極處的反應(yīng)為失電子反應(yīng)，根據(jù)裝置圖，左側(cè)為陽極室，所以Ce4＋從電解槽的a處流出；

②電解池陰極發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)裝置圖，H＋到陰極參加反應(yīng)，電解將NO2－轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，可判斷為N2，則陰極的電極反應(yīng)式：2NO2－+8H＋+6e－=N2↑+4H2O。