Question

经最新研究发现，NO_x和SO_x是形成雾霾天气的主要原因之一，因此研究NO_x、SO_x等大气污染物的妥善处理具有重要意义。

(1)为了消除NO造成的污染，通常采用一氧化碳和氢气进行催化还原NO。

已知：①N₂(g)+O₂(g)＝2NO(g)  ΔH=akJ•mol^-1；

②2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(l)  ΔH=bkJ•mol^-1；

③H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH=ckJ•mol^-1。

写出H₂与NO反应生成N₂和水蒸气的热化学方程式：________________________。

(2)目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术是NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术。反应原理如图所示：

当NO₂与NO的物质的量之比为1:1时，与足量氨气在一定条件下发生反应。当有12mol电子发生转移时，则参与反应的NO₂的物质的量为________。

(3)T₁温度时在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)  ΔH＜0。实验测得：v_正=v_消耗(NO)=2v_消耗(O₂)=k_正c²(NO)•c(O₂)，v逆=v_消耗(NO₂)=k_逆c²(NO₂)，k_正、k_逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(NO)、n(O₂)如表：

时间/	0	1	2	3	4	5
n(NO)/mol	1	0.6	0.4	0.2	0.2	0.2
n(O2)/mol	0.6	0.4	0.3	0.2	0.2	0.2

①从0~2s该反应的平均速率v(NO₂)=________mol/(L•s)。

②T₁温度时，上述反应的化学平衡常数K=________。

③若将容器的温度改变为T₂时其k_正=k_逆，则T₁________T₂（填“”“”或“”）。

(4)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH₄NO₃，其工作原理如图。

①N极的电极反应式为________________________。

②将电解生成的HNO₃全部转化为NH₄NO₃，则通入的NH₃与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________。

Answer

2H2(g)+2NO(g)＝2H2O(g)+N2(g) ΔH=(b-2c-a)kJ•mol-1 2mol 0.15mol•L-1•s-1 160 ＜ NO-3e-+2H2O＝+4H+ 1:4

【解析】

(2)根据氧化还原反应原理，计算参与反应的NO2的物质的量；

(3)②根据表中数据，计算起始、平衡时各物质的物质的量浓度，通过三段式计算化学平衡常数。

(4)根据电解池工作原理图，判断电极反应方程式和总反应方程式。根据题意进行判断。

(1)利用盖斯定律，可知目标热化学方程式可由热化学方程式：得到：2H2(g)+2NO(g)＝2H2O(g)+N2(g) ΔH=(b-2c-a)kJ•mol-1；答案为：2H2(g)+2NO(g)＝2H2O(g)+N2(g) ΔH=(b-2c-a)kJ•mol-1；

(2)由反应原理图和题给信息可知，当NO2与NO的物质的量之比为1:1时，与足量氨气在一定条件下发生的化学反应方程式为：NO2+NO+2NH3=2N2+3H2O，结合氧化还原反应原理，可知，每消耗1molNO2和NO，转移6mol电子。当有12mol电子发生转移时，则参与反应的NO2的物质的量为2mol。答案为：2mol；

(3)①由表中数据可知，0~2s该反应的平均速率v(NO)=，根据同一反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比，则v(NO2)=v(NO)=0.15mol•L-1•s-1。答案为：0.15mol•L-1•s-1；

②由表中数据，可知c(NO)起始=，c(O2)起始=，平衡时，c(NO)=c(O2)=，c(NO2)=，利用三段式计算平衡常数：

K=。答案为：160；

③若将容器的温度改变为T2时其k正=k逆，则K=1＜160，因反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH＜0，K值减小，则对应的温度增大，即T2＞T1。答案为：＜；

(4)①根据题中电解池工作原理图可知，在N极发生NO→的转变，由此可写出电极反应式为：NO-3e-+2H2O＝+4H+，答案为：NO-3e-+2H2O＝+4H+；

②分析电解池工作原理可知，电解总反应式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，故当实际参加反应的NO为8mol时，要将电解产生的硝酸全部转化为硝酸铵，还应至少通入2molNH3，则n(NH3):n(NO)=1:4。答案为：1:4。