Question

【題目】冶金工業(yè)、硝酸工業(yè)的廢氣廢液中含氮化合物污染嚴重，必須處理達標后才能排放。

Ⅰ.用活性炭處理工廠尾氣中的氮氧化物。

(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)　ΔH1=a kJ·mol-1

②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)　ΔH2=b kJ·mol-1

③C(s)+O2(g)=CO2(g)　ΔH3=c kJ·mol-1

則反應C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的ΔH=_____。

(2)在容積不變的密閉容器中，一定量的NO與足量的C發(fā)生反應：C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)　ΔH=Q kJ·mol-1，平衡時c(NO)與溫度T的關系如圖1所示，下列說法正確的是______。

A.其他條件不變，改變活性炭的用量，平衡一定不移動

B.該反應的Q＞0，所以T1、T2、T3對應的平衡常數(shù):K1＜K2＜K2

C.溫度為T2時，若反應體系處于狀態(tài)D，則此時v正＞v逆

D.若狀態(tài)B、C、D體系的壓強分別為p(B)、p(C)、p(D)，則p(D)=p(C)＞p(B)

(3)已知某溫度時，反應C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=9/16，在該溫度下的2 L密閉容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO發(fā)生反應，t1時刻達到平衡，請在圖2中畫出反應過程中c(NO)隨時間t的變化曲線。_______

(4)工業(yè)上實際處理廢氣時，常用活性炭作催化劑，用NH3還原NO，同時通入一定量的O2以提高處理效果。當n(NH3)=n(NO)時，寫出體系中總反應的化學方程式:______________。

Ⅱ.用納米鐵粉或電解法處理廢水中的硝酸鹽。

(5)納米鐵粉處理污水中NO3-的離子方程式為4Fe+ NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O。

實驗證實，pH偏小將會導致NO3-的去除率下降，其原因是_______________。相同條件下，納米鐵粉去除不同水樣中NO3-的速率有較大差異(見圖)，產生該差異的可能原因是__。

(6)電解法處理水中硝酸鹽的原理是以金屬Pt作電極，用質子交換膜把溶液分為陰陽兩極區(qū)，陰極區(qū)為含硝酸鹽的工業(yè)廢水，接通直流電源進行電解。請寫出陰極的電極反應式：__________。

Answer 1

【答案】(+c)kJ·mol-1 C 4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O 納米鐵粉與H+反應生成H2，導致NO3-的去除率下降 Cu或Cu2+對納米鐵粉去除NO3-的反應有催化作用(或形成的Fe-Cu原電池增大了納米鐵粉去除NO3-的反應速率) 2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O(或10H++NO3-+8e-=NH4++3H2O)

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(2)由圖可知，溫度越高平衡時c(NO)越大，即升高溫度平衡逆向移動，說明該反應的正反應為放熱反應，△H＜0，據(jù)此分析判斷；

(3) 根據(jù)三段式結合平衡常數(shù)計算出平衡時c(NO)，再畫出圖像；

(4)根據(jù)題意，用活性炭作催化劑，反應物為NH3、NO和O2且n(NH3)=n(NO)生成氮氣和水；

(5) pH偏小時，納米鐵粉能夠與H+反應；根據(jù)圖像，從Cu2+的存在思考對反應速率的影響；

(6)陰極上NO3-放電生成氮氣(也可能生成銨根離子等)，據(jù)此書寫電極反應式。

(1)①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)　ΔH1=a kJ·mol-1，②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)　ΔH2=b kJ·mol-1，③C(s)+O2(g)=CO2(g)　ΔH3=c kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，將方程式按照+③得：C(s) +2NO(g) N2(g) +CO2(g) ΔH=(+c)kJ·mol-1，故答案為：(+c)kJ·mol-1；

(2)由圖可知，溫度越高平衡時c(NO)越大，即升高溫度平衡逆向移動，說明該反應的正反應為放熱反應，△H＜0。

A.其他條件不變，改變活性炭的用量，炭為固體，因此平衡一定不移動，但是如果將炭完全移除，過加入足夠多的炭，影響了容器中氣體的壓強，則平衡會發(fā)生移動，故A錯誤；B. 該反應正反應是放熱反應，Q＜0，升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以升高溫度，化學平衡常數(shù)減小，所以T1、T2、T3對應的平衡常數(shù)K1＞K2＞K2，故B錯誤；C. T2時反應進行到狀態(tài)D，c(NO)高于平衡濃度，故反應向正反應方向進行，則一定有υ(正)＞υ(逆)，故C正確；D. 達到平衡狀態(tài)時，壓強和溫度成正比例關系，則PB=PD＜PC，故D錯誤；故選C；

(3) 某溫度時，反應C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=9/16，在該溫度下的2 L密閉容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO發(fā)生反應，隨著反應的進行，c(NO)由1mol/L逐漸減小，設c(NO)的變化量為2x，

C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)

起始(mol/L) 1 0 0

反應(mol/L) 2x x x

平衡(mol/L) 1-2x x x

則=，解得x=0.3，則平衡時，c(NO)=0.4mol/L，因此c(NO)隨時間t的變化曲線為，故答案為：；

(4)用活性炭作催化劑，用NH3還原NO，同時通入一定量的O2以提高處理效果。當n(NH3)=n(NO)時，反應的化學方程式為4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O，故答案為：4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O；

(5)納米鐵粉處理污水中NO3-的離子方程式為4Fe+ NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，pH偏小時，納米鐵粉與H+反應生成H2，導致NO3-的去除率下降；根據(jù)圖像，相同條件下，納米鐵粉去除不同水樣中NO3-的速率有較大差異，可能原因是Cu或Cu2+對納米鐵粉去除NO3-的反應有催化作用(或形成的Fe-Cu原電池增大了納米鐵粉去除NO3-的反應速率)，故答案為：納米鐵粉與H+反應生成H2，導致NO3-的去除率下降；Cu或Cu2+對納米鐵粉去除NO3-的反應有催化作用(或形成的Fe-Cu原電池增大了納米鐵粉去除NO3-的反應速率)；

(6)以金屬Pt作電極，用質子交換膜把溶液分為陰陽兩極區(qū)，陰極區(qū)為含硝酸鹽的工業(yè)廢水，接通直流電源進行電解，陰極上NO3-放電生成氮氣(也可能生成銨根離子等)，電極反應式為2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O，故答案為：2 NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O。