Question

利用化学原理对废气、废水进行脱硝、脱碳处理，可实现绿色环保、废物利用，对构建生态文明有重要意义。

Ⅰ．脱硝：

（1）H₂还原法消除氮氧化物

已知：N₂(g)+2O₂(g)＝2NO₂(g)   △H＝+133kJ·mol^－1

H₂O(g)＝H₂O(l)        △H＝－44kJ·mol^－1

H₂的燃烧热为285.8KJ·mol^－1

在催化剂存在下，H₂还原NO₂生成水蒸气和氮气的热化学方程式为_____________。

（2）用NH₃催化还原法消除氮氧化物，发生反应：

4NH₃(g)+6NO(g) 5N₂(g)＋6H₂O(l)  △H＜0

相同条件下，在2L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N₂的量随时间变化如图所示。

① 计算0～4分钟在A催化剂作用下，

反应速率v(NO)=_______。

② 下列说法正确的是________。

A．该反应的活化能大小顺序是：E_a(A)＞E_a(B)＞E_a(C)

B．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数

C．单位时间内H－O键与N－H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡

D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K值不变时，说明已达到平衡

（3）微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图。

① 已知A、B两极生成CO₂和N₂的物质的量之比为5 : 2，写出A极的电极反应式_____________________。

② 解释去除NH₄⁺的原理___________________。

Ⅱ．脱碳：

（4）用甲醇与CO反应生成醋酸可消除CO污染。常温下，将a mol·L^－1醋酸与bmol·L^－1 Ba(OH)₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba^2＋)＝c(CH₃COO^－)，忽略溶液体积变化，计算醋酸的电离常数K_a＝__________(用含a、b的代数式表示)。

Answer

4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝－1100.2kJ·mol－1 0.375mol·L－1min－1 C D CH3COO－－8e－＋2H2O＝2CO2↑＋7H+ NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3－，NO3－在MFC电池正极转化为N2 2b/(a－2b)×10－7mol/L

【解析】Ⅰ．（1）由已知得： ① N2(g)+2O2(g)＝2NO2(g) △H1＝+133kJ·mol－1

② H2O(g)＝ H2O(l) △H2＝－44kJ·mol－1

③ H2(g)+O2(g)＝H2O(l) △H3＝－285.8kJ·mol－1

根据盖斯定律由③×4－①－②×4 得反应：4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝4△H3―△H1―4△H2＝－1100.2kJ·mol－1；

（2）① 结合反应4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(l)，根据图中信息可计算v(NO)=

② A、反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生氮气的量越少，故该反应的活化能大小顺序是： Ea(C)＞Ea(B)＞Ea(A)，选项A错误；B、增大压强，增加单位体积活化分子百分数，有效碰撞的机率增大，反应速率加快，选项B错误；C、单位时间内H－O键与N－H键断裂的数目相等时，说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，选项C正确；D、若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K值不变时，说明各反应物的浓度保持不变了，反应已达到平衡，选项D正确。答案选CD。

(3) ①图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，硝酸根离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应，CH3COO－在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质，则A极的电极反应式为：CH3COO－－8e－＋2H2O＝2CO2↑＋7H+；B极的电极反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O；若产生5mol CO2转移电子数为20mol，则产生的氮气为2mol符合题给信息，故A极的电极反应式为：CH3COO－－8e－＋2H2O＝2CO2↑＋7H+；② NH4+在好氧微生物反应器中转化为硝酸根离子：NH4++2O2=NO3-+2H++H2O，硝酸根离子在MFC电池正极发生还原反应生成氮气：2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O,从而除去NH4+离子。

Ⅱ．根据电荷守恒可知2c(Ba2＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，因此根据2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)可知，溶液中c(H＋)＝c(OH－)。根据原子守恒可知2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)＝bmol/L，因此溶液中醋酸分子的浓度是0.5amol/L－bmol/L，则醋酸溶液的电离常数Ka＝＝=。