Question

消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。

（1）用活性炭还原法：某研究小组向某密闭容器中加入足量的活性炭和NO，发生反应：C(s)＋2NO(g) N₂(g)＋CO₂(g) △H＝Q kJ·mol^－1  在 T₁℃下，反应进行到不同时间测得各物质的浓度部分数据如下：

时间（min） 浓度mol/L	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.40		0.20	0.30	0.30
N2	0		0.40		0.60	0.60
CO2	0				0.60	0.60

①0～10 min 内，N₂的平均反应速率 υ(N₂)=________，T₁℃时，该反应的平衡常数 K=_____。

②30 min 后，若只改变一个条件，反应重新达到平衡时各物质的浓度如上表所示，则改变的条件可能是____________ （填字母）

a. 加入一定量的活性炭     b. 改变反应体系的温度   c. 缩小容器的体积   d. 通入一定量的NO

③若30 min后升高温度至 T₂℃，重新达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为7∶3∶3，则该反应的△H______0（填“＞” 、 “ ＝” 、或“＜” ）

（2）NH₃催化还原法：原理如图所示

①若烟气中 c(NO₂)： c(NO)=1∶1，发生如图甲所示的脱氮反应时，反应过程中转移1.5mol电子时放出的热量为 113.8 kJ，则发生该脱氮反应的热化学方程式为_____ 。

②图乙是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂和相应温度分别为___；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是___。

（3）直接电解吸收也是脱硝的一种方法。用6％的稀硝酸吸收NO_x生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸。电解装置如图所示。

①图中b应连接电源的_________ （填“正极”或“负极”）。

②将石墨电极设置成颗粒状的目是_____________________。

③阳极的电极反应式为___________________。

Answer

0.03mol·L-1·min-1 4 c d ＜ 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol Mn，200℃ b~a段，温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡（反应限度），随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐升高 负极 增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率 H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+）

【解析】

（1）①由图可得，由同一反应中，物质的速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比，可知；由题给表格可知，20min时N2的浓度为0.40mol/L，则NO的浓度为1.00mol/L-0.40mol/L×2=0.20mol/L，30min时NO的浓度为0.20mol/L，则20~30min时反应保持平衡状态，此时平衡常数K=。故答案为：0.03mol·L-1·min-1；4；

②分析表中数据，30min后若只改变一个条件，反应重新达到平衡时各物质的浓度均为原平衡的1.5倍，据此进行

a．活性炭为固体，加入一定量的活性炭，平衡不移动，a项不可能；

b．改变体系温度，平衡会移动，但不会导致NO、N2、CO2的浓度均增大，b项不可能；

c．缩小容器体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不移动，但物质的浓度都变大，c项可能；

d．通入一定量的NO，平衡向正反应方向移动，由于反应前后是气体体积不变的反应，达平衡后NO、N2、CO2的浓度均成比例增大，d项可能；

答案为：cd；

③设T2℃后重新达到平衡时，NO的浓度为7x，则此时的平衡常数K2=，说明升高温度反应向逆反应方向移动，则反应的△H＜0，故答案为：＜；

（2）①由图知NH3催化还原法中，NH3被NO、NO2氧化成N2，NO、NO2做氧化剂，故反应方程式为：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)，每2molNH3反应过程中转移6mol电子，根据“反应过程中转移1.5mol电子时放出热量为113.8kJ”可知，转移6mol电子，放出热量=，故该脱氮反应的热化学方程式为：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol；答案为：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) ΔH=-455.2kJ/mol；

②由图乙可知，Mn作催化剂，在200℃时的脱氮率最高。Cr作催化剂，在450℃左右脱氮率最高，相比Mn做催化剂更节约能源，由此可知工业使用的最佳催化剂和相应温度为Mn，200℃；脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是开始温度较低，催化剂的活性较低，故脱氮反应速率较慢，随着温度升高，反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐升高，故答案为：Mn，200℃；b～a段，温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡（反应限度），随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐升高；

（3）①由题意可知，在电解槽中亚硝酸发生氧化反应转变为硝酸，则生成气体的反应为还原反应，即b电极处发生还原反应，根据电解池原理，可知发生还原反应的为电解池的阴极，与电源的负极相连，故答案为：负极；

②增大反应物的接触面积能加快反应速率，故石墨电极为颗粒状，可增大接触面积，提高电解效率，答案为：增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率；

③电极的阳极为氧化反应，即亚硝酸被氧化成硝酸，故电极反应方程式为：H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+），答案为：H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+（或NO2-+H2O-2e-=NO3-+2H+）。