Question

【題目】第19屆亞洲運動會將于2022年在杭州舉行，杭州的空氣與水質量的提高越來越成為人們關注的問題。其中，煙氣中的NOx與水中總氮含量(包括有機氮及NO3-、NO2-、NH4+等無機氮)都必須脫除(即脫硝)后才能排放。請回答下列問題：

I.空氣的脫硝處理：

已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝ -890.3.kJ· mol-1

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) ΔH2＝ +180.kJ· mol-1

（1）CH4可用于脫硝，其化學方程式為CH4(g)＋4NO(g)CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝____kJ· mol-1。在恒溫，恒容的密閉容器中通入2mol CH4和4mol NO，下列說法正確的是____。

A.甲烷過量，可將NO完全轉化為N2

B.從反應開始到平衡的過程中，NO的轉化率一直增大

C.反應過程中，容器中的壓強保持不變

D.平衡后，再通入一定量的甲烷，正反應速率增大

（2）C2H4也可用于煙氣脫硝。為研究溫度、催化劑中Cu2＋負載量對其NO去除率的影響，控制其他條件一定，實驗結果如圖1所示。為達到最高的NO去除率，應選擇的反應溫度和Cu2＋負載量分別是____。

II.水的脫硝處理：

（3）水中的含氮物質在好氧硝化菌的作用下有如下反應：

2NH4+(aq)+3O2(g)=2NO2-(aq)+4H+(aq)+2H2O(l)(快反應)

2NO2-(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)(慢反應)

20℃時含氮廢水(以NH4＋)的NH4+的濃度隨DO(水體中溶解氧)濃度的變化曲線如圖2所示，在圖2上畫出20℃時NO2-的濃度隨DO的變化趨勢圖。_______

（4）研究表明，用電解法除去氨氮廢水(反應中視為NH4+)有很高的脫氮(轉化為N2)效率，寫出該過程中陽極的電極反應式____。

Answer 1

【答案】-1250.3 BD 3%、350℃左右 2NH4+－6e－=N2+8H+

【解析】

(1)根據蓋斯定律分析解答；A．可逆反應中反應物不能完全轉化為生成物；B．從反應開始到平衡的過程中，NO的物質的量一直在減少；C．反應過程中，氣體總物質的量減少；D．再通入一定量的甲烷，反應物濃度增大；

(2)根據圖像找出NO去除率最高時對應的溫度和催化劑中Cu2+負載量；

(3)由題給信息可知，生成NO2-的反應較快，后逐漸被氧化生成NO3-，NO2-濃度先增大后減小；

(4)陽極發生氧化反應，NH4+被氧化生成氮氣。

I．(1)根據蓋斯定律求解，CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H= -890.3kJmol-1①；N2(g)+O2(g)═2NO(g) △H= +180kJmol-1②；CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l) △H3③；則③=①-②×2，△H3=△H1-2△H2= -890.3-2×(+180)=-1250.3kJ；

A．可逆反應中反應物不能完全轉化為生成物，所以NO不能完全反應，故A錯誤；B．從反應開始到平衡的過程中，NO的物質的量一直在減少，則NO轉化率一直增大，故B正確；

C．反應過程中，氣體總物質的量減少，氣體壓強與物質的量成正比，所以壓強減小，故C錯誤；

D．平衡后，再通入一定量的甲烷，反應物濃度增大，濃度越大，反應速率越快，則正反應速率加快，故D正確；故選BD；

(2)由圖1可知在350℃左右，催化劑中Cu2+負載量為3%時，NO去除率最高；

(3)由題給信息可知，生成NO2-的反應較快，后逐漸被氧化生成NO3-，NO2-濃度先增大后減小，則圖像為；

(4)陽極發生氧化反應，NH4+被氧化生成氮氣，電極方程式為2NH4+-6e-=N2+8H+。