Question

【題目】消除含氮化合物對(duì)大氣和水體的污染是環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。

(1) 化學(xué)上采用NH3處理NxOy不僅可以消除污染，還可作為工業(yè)生產(chǎn)的能量來(lái)源。

已知：2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=－177kJ/mol

4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) △H=－1253.4kJ/mol

則用NH3處理NO生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式為___________________。

(2)已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0。不同溫度下，向三個(gè)容器中分別投入相同量的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得不同壓強(qiáng)下平衡混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如圖所示。

①M點(diǎn)的v正_________Q點(diǎn)的v正(填“>”“<”或“=”)。

②T3溫度下，將1molN2和3molH2充入2L的密閉容器中，維持壓強(qiáng)為60MPa不變，達(dá)到N點(diǎn)的平衡狀態(tài)，反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)K=_____________ (用最簡(jiǎn)分?jǐn)?shù)表示)，M點(diǎn)的平衡常數(shù)比N點(diǎn)的平衡常數(shù)_________(填“大”“小”或“相等”)。

(3)水體中過(guò)量氨氮(以NH3表示)會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。

①用次氯酸鈉除去氨氮的原理如圖所示。寫出總反應(yīng)化學(xué)方程式：_____________。

②取一定量的含氨氮廢水，改變加入次氯酸鈉的用量，反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液中氨氮去除率、總氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的總量)去除率以及剩余次氯酸鈉的含量隨m(NaClO)∶m(NH3)的變化情況如上圖所示。點(diǎn)B剩余NaClO含量低于點(diǎn)A的原因是____。當(dāng)m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時(shí)，水體中總氮去除率反而下降，可能的原因是__________。

(4)電極生物膜電解脫硝是電化學(xué)和微生物工藝的組合。某微生物膜能利用電解產(chǎn)生的活性原子將NO3-還原為N2，工作原理如題圖所示。若陽(yáng)極生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L氣體，理論上可除去NO3-的物質(zhì)的量為_____mol。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋6NO (g)=5N2(g)＋6H2O(g)　 ΔH＝-1784.4kJ·mol－1 > 25/108 大 2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O 增加NaClO的量，反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)NaClO消耗多 有部分NH3被氧化成NO2-或NO3- 0.08

【解析】

(1)NH3和NO生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的化學(xué)方程式為4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律分析解答；

(2)①Q、M兩點(diǎn)在同一等溫曲線上，但M點(diǎn)壓強(qiáng)高，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響解答；②利用三段式計(jì)算N點(diǎn)各物的物質(zhì)的量，再根據(jù)物質(zhì)的量之比等于體積之比計(jì)算平衡時(shí)容器體積，轉(zhuǎn)化為各物質(zhì)的濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算K，該反應(yīng)正向是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)K越小，據(jù)此分析解答；

(3)①根據(jù)圖示判斷發(fā)生氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，根據(jù)轉(zhuǎn)電子守恒和元素守恒進(jìn)行書(shū)寫；②增加次氯酸鈉會(huì)加快反應(yīng)速率；NaClO投入過(guò)多會(huì)將氨氮氧化為NO3-等更高價(jià)態(tài)的物質(zhì)；

(4)陽(yáng)極上氫氧根離子失電子生成的氧氣，根據(jù)生成的氧氣計(jì)算出轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，結(jié)合電子守恒計(jì)算理論上可除去NO3-的物質(zhì)的量。

(1)NH3和NO生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的化學(xué)方程式為4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)，①2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=－177kJ/mol，②4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) △H=－1253.4kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律①×3+②得到4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)△H=(-177kJ/mol)×3+(-1253.4kJ/mol)-1784.4kJ/mol，故答案為：4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g)△H=-1784.4kJ/mol；

(2)①Q、M兩點(diǎn)在同一等溫曲線上，但M點(diǎn)壓強(qiáng)高，所以M點(diǎn)反應(yīng)速率大，故答案為：＞；

②反應(yīng)的三段式：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol) 1 3 0

變化里(mol) x 3x 2x

平衡量(mol) 1-x 3-3x 2x

平衡時(shí)氨氣的含量為20%，即×100%=20%，x=mol，N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為mol、2mol、mol，總物質(zhì)的量為(4-2×)mol=mol，恒壓時(shí)氣體體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以平衡時(shí)容器體積為L=L，即c(N2)=c(NH3)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L，平衡常數(shù)K===，該反應(yīng)正向放熱，升溫平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)k減小，所以T3＞T2時(shí)，T3℃平衡常數(shù)小于T2℃時(shí)平衡常數(shù)，即M點(diǎn)平衡常數(shù)大于N點(diǎn)平衡常數(shù)，故答案為：；大；

(3)①根據(jù)圖示，由始態(tài)和終態(tài)判斷反應(yīng)物中NH3被氧化為N2，則NaCl被還原為NaCl，生成1molN2轉(zhuǎn)移6mol電子，根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子守恒，需要3molNaClO，再結(jié)合元素守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH3+3NaClO=N2+3H2O+3NaCl，故答案為：2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O；

②增加NaClO的量，反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)NaClO消耗多，使得B點(diǎn)剩余NaClO含量低于A點(diǎn)；當(dāng)m(NaClO)：m(NH3)＞7.7時(shí)，可能是NaClO投入過(guò)多會(huì)將氨氮氧化為NO3-等更高價(jià)態(tài)的物質(zhì)，未能從溶液中除去，使得總氮的去除率隨m(NaClO)：m(NH3)的增大不升反降，故答案為：增加NaClO的量，反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)NaClO消耗多；NaClO投入過(guò)多會(huì)將部分NH3被氧化成NO2-或NO3-；

(4)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子失電子生成的氧氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24L氧氣的物質(zhì)的量==0.1mol，轉(zhuǎn)移的電子為0.1mol×4=0.4mol，活性原子將NO3-還原為N2，存在關(guān)系NO3-～N2～5e-，理論上可除去NO3-的物質(zhì)的量==0.08mol，故答案為：0.08。