Question

16．研究氮氧化物反應機理，對于控制汽車尾氣、保護環境有重要意義．

（1）NO在空氣中存在如下反應：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H上述反應分兩步完成，其中第一步反應①如下，寫出第二步反應②的熱化學方程式（其反應的焓變△H₂用含△H、△H₁的式子來表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0     ②N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁
（2）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．反應的熱化學方程式為：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1811.63KJ/mol；反應在恒容密閉容器中進行，在其它相條件同時，選用不同的催化劑，反應產生N₂的物質的量隨時間變化如圖1所示．
①在催化劑A的作用下，經過相同時間，測得脫氮率隨反應溫度的變化情況如圖2所示，據圖可知，在相同的時間內，300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大，300℃之后溫度升高脫氮率逐漸減小（催化劑均末失效），其可能的原因是300℃前反應未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小．
②其他條件相同時，請在圖2中補充在催化劑B作用下脫氮率隨溫度變化的曲線．
（3）工業制HNO₃的尾氣中含有的NO₂和NO常用NaOH溶液吸收，反應的化學方程式為：NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，現有平均組成為NO_x的NO、NO₂混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應后沒有氣體剩余，則：
①x的取值范圍為1.5≤x＜2．
②反應后溶液中n（NO₂^-）：n（NO₃^-）=（5-2x）：（2x-3）．（用含x的代數式表示）
（4）電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，如圖3所示，兩電極間是新型固體氧化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導O^2-，電解池陰極反應為2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．

Answer 1

分析 （1）第二步反應②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學方程式-①可得②；
（2）由圖可知300℃以前溫度越高脫氮率越高，300℃后溫度越高脫氮率越低，原因可能是300℃前是平衡的建立過程，而300℃后是平衡的移動，故答案為：300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大，300℃之后溫度升高脫氮率逐漸減小；300℃前反應未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小．B催化劑的效率低，所以達平衡的時間長，平衡不移動，但最終的脫氮率不變；
（3）平均組成為NO_x的NO、NO₂混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應后沒有氣體剩余，根據反應NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O和NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，說明只有當n（NO₂）：n（NO）≥1時，混合氣體才能被NaOH溶液完全吸收．當n（NO₂）：n（NO）=1時，x=1.5；當只有NO₂時，x=2；故x取值范圍為1.5≤x＜2．NO_x被NaOH溶液完全吸收，根據氧化還原反應中，得失電子守恒規律，計算n（NO₂^-）：n（NO₃；
（4）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質，在一定條件下可自由傳導O^2-，陰極發生還原反應，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-．

解答 解：（1）第二步反應②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學方程式-①可得②，則反應②的熱化學方程式為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ，
故答案為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁；
（2）由圖可知300℃以前溫度越高脫氮率越高，300℃后溫度越高脫氮率越低，原因可能是300℃前是平衡的建立過程，而300℃后是平衡的移動，故答案為：300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大，300℃之后溫度升高脫氮率逐漸減小；300℃前反應未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小．B催化劑的效率低，所以達平衡的時間長，平衡不移動，但最終的脫氮率不變，所以圖象為        ，
故答案為：300℃前反應未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小；；
（3）平均組成為NO_x的NO、NO₂混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應后沒有氣體剩余，根據反應NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O和NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，說明只有當n（NO₂）：n（NO）≥1時，混合氣體才能被NaOH溶液完全吸收．當n（NO₂）：n（NO）=1時，x=1.5；當只有NO₂時，x=2；故x取值范圍為1.5≤x＜2．NO_x被NaOH溶液完全吸收，根據氧化還原反應中，得失電子守恒規律，可寫出反應的化學方程式為2NO_x+2NaOH=（5-2x）NaNO₂+（2x-3）NaNO₃+H₂O，因此反應后溶液中n（NO₂^-）：n（NO₃^-）=（5-2x）：（2x-3），
故答案為：為1.5≤x＜2；（5-2x）：（2x-3）；
（4）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質，在一定條件下可自由傳導O^2-，陰極發生還原反應，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-，電極反應式為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．

點評 本題考查了蓋斯定律，化學平衡的影響因素，化學反應速率的影響因素，氮的化合物，氧化還原反應，電解原理的應用，注意基礎知識的積累，題目難度中等．