Question

中科院大氣研究所研究員張仁健課題組與同行合作，對北京地區(qū)PM2.5化學(xué)組成及來源的季節(jié)變化研究發(fā)現(xiàn)，北京PM2.5有6個(gè)重要來源，其中，汽車尾氣和燃煤分別占4%、18%（如圖1所示）

（1）用于凈化汽車尾氣的反應(yīng)為：
2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）
已知該反應(yīng)在570K時(shí)的平衡常數(shù)為1×10⁵⁹，但反應(yīng)速率極慢．下列說法正確的是：

 

A．裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中不再含有NO或CO
B．提高尾氣凈化效率的常用方法是升高溫度
C．增大壓強(qiáng)，上述平衡右移，故實(shí)際操作中可通過增壓的方式提高其凈化效率
D．提高尾氣凈化效率的最佳途徑是使用高效催化劑
（2）CO對人類生存環(huán)境的影響很大，CO治理問題屬于當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)問題．鎳與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ni（s）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g），鎳與CO反應(yīng)會(huì)造成鎳催化劑中毒．為防止鎳催化劑中毒，工業(yè)上常用SO₂除去CO，生成物為S和CO₂．已知相關(guān)反應(yīng)過程的能量變化如圖2所示：
則用SO₂除去CO的熱化學(xué)方程式為

 

．
（3）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）

180℃

催化劑

2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是（任意填一種）

 

．
（4）利用ClO₂ 氧化氮氧化物反應(yīng)過程如下：
NO

ClO2

反應(yīng)Ⅰ

NO₂

Na2SO3水溶液

反應(yīng)Ⅱ

N₂
反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，反應(yīng)Ⅱ的離子方程式是

 

．若有11.2L N₂生成（標(biāo)準(zhǔn)狀況），共消耗NO

 

 g．
（5）化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．該方法可用H₂將NO₃^-還原為N₂，25℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行10min，溶液的pH由7變?yōu)?2．其原理如圖3所示．
電源負(fù)極為

 

（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為

 

；若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則質(zhì)子交換膜左側(cè)極室電解液的質(zhì)量減少

 

克．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：計(jì)算題,基本概念與基本理論

分析：（1）A．反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不能進(jìn)行徹底；
B．尾氣溫度已經(jīng)很高，再升高溫度的意義不大；
C．從平衡常數(shù)分析反應(yīng)進(jìn)行程度，凈化設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益分析；
D．提高凈化速率的最好方法是使用高效催化劑；
（2）依據(jù)圖象書寫熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到；
（3）使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)可以提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率；
（4）根據(jù)二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮?dú)�；通過化學(xué)方程式建立關(guān)系式然后計(jì)算；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要是去電子，所以N₂O₅在陽極區(qū)生成，Pt甲為陽極，結(jié)合電極方程式計(jì)算．

解答： 解：（1）A．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化，排出的氣體中一定含有NO或CO，故A錯(cuò)誤；
B．尾氣溫度已經(jīng)很高，再升高溫度，反應(yīng)速率提高有限，且消耗更多能源，意義不大，故B錯(cuò)誤；
C、因平衡常數(shù)已經(jīng)較大，增大壓強(qiáng)雖然平衡正向移動(dòng)，但對設(shè)備要求更高，不符合生成經(jīng)濟(jì)效益，故C錯(cuò)誤；
D、研制高效催化劑可提高反應(yīng)速率，解決反應(yīng)極慢的問題，有利于尾氣的轉(zhuǎn)化，故D正確；
故答案為：D；
（2）圖1：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₁=-aKJ/mol
圖2CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-bKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②×2-①得到：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+CO₂（g）△H=2△H₂-△H₁=-（2b-a）KJ/mol，
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-（2b-a）kJ?mol^-1；
（3）使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)可以提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，增加反應(yīng)物濃度平衡正向移動(dòng)，所以可以采取增大NH₃濃度的措施，由于此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)，此反應(yīng)正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積增大的方向，減小壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，
故答案為：增大NH₃濃度（或減小壓強(qiáng)、降低溫度）；
（4）二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮?dú)猓?br />方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，
由2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+2HCl，2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄得：
   4NO～N₂
30×4g 22.4L
60g    11.2L
所以共消耗NO60g，
故答案為：2 NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-； 60；
（5）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，
若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺），電極方程式為2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，消耗1mol水，質(zhì)量為18g，電解液的質(zhì)量減少18g，
故答案為：B；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-；18．

點(diǎn)評：本題涉及熱化學(xué)方程式的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)、電解原理、氧化還原原理等知識(shí)點(diǎn)，題目綜合性程度一般，難度中等，掌握好原理是關(guān)鍵．