Question

5．大氣污染越來越成為人們關注的問題，煙氣中的NO_x必須脫除（即脫硝）后才能排放．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
CH₄可用于脫硝，其熱化學方程式為CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-1250.3 kJ•mol^-1．
（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350℃左右、3%．
（3）臭氧也可用于煙氣脫硝．
①O₃氧化NO結合水洗可產生HNO₃和O₂，該反應的化學方程式為3O₃+2NO+H₂O═2HNO₃+3O₂．
②一種臭氧發生裝置原理如圖2所示．陽極（惰性電極）的電極反應式為3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺．
（4）圖3是一種用NH₃脫除煙氣中NO的原理．
①該脫硝原理中，NO最終轉化為N₂（填化學式）和H₂O．
②當消耗2mol NH₃和0.5mol O₂時，除去的NO在標準狀況下的體積為44.8 L．
（5）NO直接催化分解（生成N₂與O₂）也是一種脫硝途徑．在不同條件下，NO的分解產物不同．在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質的量隨時間變化曲線如圖4所示．寫出Y和Z的化學式：N₂O、NO₂．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根據蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），據此計算；
（2）根據圖象找出NO去除率最高時對應的溫度和催化劑中Cu²⁺負載量；
（3）①O₃氧化NO結合水洗可產生HNO₃和O₂，結合原子守恒和得失電子守恒寫出反應方程式；
②酸性條件下，水在陽極失電子生成臭氧；
（4）①由圖3可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水；
②根據氨氣失去的電子的物質的量等于NO和氧氣得到的電子總物質的量計算；
（5）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據元素守恒可知生成的為N的氧化物，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，根據原子守恒判斷產物

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1
根據蓋斯定律：①-2×②得CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H=-890.3kJ•mol^-1-2×（+180kJ•mol^-1）=-1250.3 kJ•mol^-1；
故答案為：-1250.3 kJ•mol^-1；
（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；
故答案為：350℃左右、3%；
（3）①O₃氧化NO結合水洗可產生HNO₃和O₂，其反應方程式為：3O₃+2NO+H₂O═2HNO₃+3O₂；
故答案為：3O₃+2NO+H₂O═2HNO₃+3O₂；
②酸性條件下，水在陽極失電子生成臭氧，生成1mol臭氧轉移6mol電子，則電極方程式為：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
故答案為：3H₂O-6e^-═O₃↑+6H⁺；
（4）①由圖3可知反應物為氧氣、一氧化氮和氨氣最終生成物為氮氣和水，所以NO最終轉化為N₂和H₂O；
故答案為：N₂；
②氧氣、一氧化氮和氨氣反應生成氮氣和水，反應中氨氣失去的電子的物質的量等于NO和氧氣得到的電子總物質的量，2mol NH₃轉化為N₂失去6mol電子，0.5mol O₂得到2mol電子，則NO轉化為N₂得到的電子為4mol，所以NO的物質的量為2mol，其體積為44.8L；
故答案為：44.8L；
（5）NO在40℃下分解生成兩種化合物，根據元素守恒可知生成的為N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N₂O、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅，由圖象可知3molNO生成兩種氮的氧化物各為1mol，其反應方程式為：3NO=Y+Z，根據原子守恒可知為N₂O、NO₂；
故答案為：N₂O、NO₂．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學方程式的書寫、電解原理的應用、氧化還原反應、圖象的分析與應用等，考查了學生的分析能力以及對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．