Question

氮的氧化物是造成空氣污染的主要氣體之一．
用某些特殊的催化劑能將汽車尾氣中的CO、NO_x、碳氫化合物轉化成無毒物質．已知：
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
（1）寫出NO（g）與CO（g）催化轉化成N₂（g）和CO₂（g）的熱化學方程式

 

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（2）用NH₃還原NO_x生成N₂和H₂O．現(xiàn)有NO、NO₂的混合氣3L，可用同溫同壓下3.8L的NH₃恰好使其完全轉化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質的量之比為

 

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（3）用電解法降解治理水中硝酸鹽污染．在酸性條件下，電解原理如圖1，直流電源A為

 

極（填正或負），寫出電解原理的總反應離子方程式

 

（4）科研小組研究鐵屑對地下水脫氮的反應原理．
①pH=2.5時，用鐵粉還原KNO₃溶液，相關離子濃度、pH隨時間的變化關系如圖2（部分副反應產(chǎn)物曲線略去）．請根據(jù)圖中信息寫出t₁時刻前發(fā)生反應的離子方程式

 

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②已知活性炭能吸附NH₄⁺、OH^-．pH=2.5時，將鐵屑和活性炭同時加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是

 

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Answer 1

考點：有關混合物反應的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,物質的量或濃度隨時間的變化曲線,電解原理

專題：

分析：（1）根據(jù)方程式的加減得出NO與CO催化轉化成N₂和CO₂的化學方程式，焓變相應的加減，從而得出其熱化學反應方程式；
（2）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應是氧化還原反應，氮氧化物把氨氣氧化為氮氣，本身被還原為氮氣，可以利用反應方程式通過設未知列方程組計算；也可以根據(jù)氧化還原反應的電子守恒計算；
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，A為正極，B為負極，以此解答該題；
（4）①根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應；
②根據(jù)原電池可以加快化學反應速率來回答．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
根據(jù)蓋斯定律，③×2-②-①可得：NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；     
（2）根據(jù)反應可知：氨氣被氧化為氮氣，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮氣，NO～N₂～2e^-，二氧化氮被還原為氮氣NO₂～N₂～4e^-，
設一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.8L，根據(jù)電子守恒可知：3.8L×3=2x+4×（3-x），
x=0.3L，則二氧化氮體積為2.7L，相同條件下，混合氣體中NO和NO₂的體積比等于物質的量之比為：0.3L：2.7L=1：9，
故答案為：1：9；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極，在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，陽極上氫氧根失去電子生成氧氣，電解總反應為：2NO₃^-+4H⁺=2N₂↑+2H₂O+5O₂↑，
故答案為：正極；2NO₃^-+4H⁺=2N₂↑+2H₂O+5O₂↑；
（4）①根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應，即4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，
故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
②將鐵屑和活性炭同時加入上述KNO₃溶液中，活性炭和鐵構成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺濃度），可以提高脫氮效果，
故答案為：活性炭和鐵構成了原電池，加快反應速率，此外，活性炭吸附生成物NH₄⁺、OH^-能降低出水中的NH₄⁺濃度且使溶液的酸性增強．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫、電解原理及電極反應書寫、化學反應速率的影響因素、化學實驗方案的判斷等知識，題目難度較大，試題涉及的題量較大，知識點較多、綜合性強，熟練掌握知識的遷移和應用是解答本題的關鍵，試題培養(yǎng)了學生靈活應用所學知識的能力．