Question

4．NO_x的處理是當今環(huán)境保護的重要課題．
（1）氫氣催化還原法．發(fā)生的主要反應有
2NO（g）+4H₂（g）+O₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1148kJ．mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ．mol^-1
則2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）?H=-664kJ?mol^-1
（2）堿液吸收法．以KMnO₄作氧化劑，用NaOH溶液吸收時，NO被氧化為NO₂^-．反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為1：1，反應的離子方程式為NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O．將吸收液酸化后，所得HNO₂可與尿素[CO（NH₂）₂]反應，生成兩種無害氣體，若處理過程中產(chǎn)生了3.36L（標準狀況）氣體，則轉移電子0.3mol．
（3）酸液吸收法．NO被氧化后，吸收生成NO₃^-和NO₂^-．將NO與空氣混合后通入HNO₃溶液，測得尾氣中NO_x體積分數(shù)隨$\frac{V（NO）}{V（空氣）}$[設a=$\frac{V（NO）}{V（空氣）}$]及硝酸濃度的變化關系如圖1所示．

 ①實驗測得，當a約為4：5時，尾氣中NO_x體積分數(shù)較小，其原因是此時，n（NO）：n（NO₂）=1：1，吸收后生成HNO₂或n（NO）：n（O₂）=4：1，吸收后生成HNO₂；
 ②當a較小時，HNO₃濃度增大至25%以上，尾氣中NO_x體積分數(shù)增大的原因是如果硝酸的濃度太大，硝酸本身會分解出NOx，從而使排放的NOx比例升高．
③吸收液可用電解法進一步處理，其原理如圖2所示．陽極的電極反應式為NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知方程式構建目標方程式，結合蓋斯定律進行計算；
（2）該反應中錳元素化合價由+7價變?yōu)?2價，N元素化合價由+2價變?yōu)?3價，再根據(jù)氧化劑和還原劑的計量數(shù)之比以及原子守恒書寫方程式；亞硝酸和尿素發(fā)生氧化還原反應生成兩種無毒氣體，根據(jù)元素守恒知，兩種無毒氣體應該是氮氣和二氧化碳氣體，根據(jù)方程式計算轉移電子數(shù)；
（3）①NO被氧化后，吸收生成NO₃^-和NO₂^-，但當a約為4：5時，此時，n（NO）：n（NO₂）=1：1，生成HNO₂；
②濃硝酸易分解生成氮的氧化物，從而使排放的NOx比例升高；
③電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，為NO₂^-失去電子生成硝酸根離子，陰極氫離子得到電子生成氫氣．

解答 解：（1）①2NO（g）+4H₂（g）+O₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1148kJ．mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ．mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①-②得：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=（-1148kJ•mol^-1）-（-484kJ•mol^-1）=-664kJ•mol^-1，
故答案為：-664；
（2）以KMnO₄作氧化劑，用NaOH溶液吸收時，NO被氧化為NO₂^-，反應物為NO、MnO₄^-、OH^-，產(chǎn)物有NO₂^-，N元素化合價由+2價變?yōu)?3價，NO為還原劑，反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為1：1，反應的離子方程式為：NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O，酸性條件下，亞硝酸和尿素發(fā)生氧化還原反應生成兩種無毒氣體，根據(jù)元素守恒知，兩種無毒氣體應該是氮氣和二氧化碳氣體，反應方程式為：CO（NH₂）₂+2HNO₂=CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，每生成3mol氣體轉移6mol電子，若處理過程中產(chǎn)生了3.36L（標準狀況）氣體（$\frac{3.36L}{22.4mol/L}$=0.15mol），則轉移電子0.3mol，
故答案為：NO+MnO₄^-+2OH^-=NO₂^-+MnO₄^2-+H₂O；0.3；
（3）①氧氣在空氣中體積分數(shù)為21%，當a約為4：5時，n（NO）：n（O₂）=4：1，此時，NO被氧化后，4NO+O₂+2H₂O=4HNO₂，吸收生成HNO₂，尾氣中NO_x體積分數(shù)較小，
故答案為：此時，n（NO）：n（NO₂）=1：1，吸收后生成HNO₂或n（NO）：n（O₂）=4：1，吸收后生成HNO₂；
②濃硝酸不穩(wěn)定易分解，如果硝酸的濃度太大，硝酸本身會分解出NOx，從而使排放的NOx比例升高，
故答案為：如果硝酸的濃度太大，硝酸本身會分解出NOx，從而使排放的NOx比例升高；
③電解池中陽極陰離子NO₂^-失電子發(fā)生氧化反應，反應為：NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺，
故答案為：NO₂^-+H₂O-2e^-=NO₃^-+2H⁺．

點評 本題考查反應熱計算、氧化還原反應、圖象分析、電化學等知識，側重考查學生分析計算能力，注意蓋斯定律的熟練應用，（3）為該題的難點，掌握硝酸的性質以及電解池的工作原理為解答關鍵，題目難度中等．