Question

汽车尾气的主要成分有CO、SO₂、NO、NO₂等。

（1）利用氨水可以将SO₂、NO₂吸收，原理如下图所示。

请写出NO₂被吸收反应的离子方程式___________________。

（2）科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO₂)催化分解汽车尾气的研究。

①已知：反应Ⅰ：2NO(g)＋O₂(g)==2NO₂(g)           ΔH₁ ＝—113.0 kJ·molˉ¹

反应Ⅱ：2SO₂(g)＋O₂(g)==2SO₃(1)           ΔH₂ ＝—288.4 kJ·molˉ¹

反应Ⅲ：3NO₂(g)＋H₂O(g)==2HNO₃＋NO(g)   ΔH₃ ＝—138.0 kJ·molˉ¹

则反应NO₂(g)＋SO₂(g)==NO(g)＋SO₃(1)  ΔH₄= _______________。

②已知TiO₂催化尾气降解原理可表示为：2CO(g)＋O₂(g) 2CO₂(g) ΔH₅； 2H₂O(g)＋4NO(g)＋3O₂(g) 4HNO₃(g) ΔH₆。

在O₂、H₂O(g)浓度一定条件下，模拟CO、NO的降解，得到其降解率（即转化率）如图所示。请解释ts后NO降解率下降的可能原因_____________________。

（3）沥青混凝土也可降解CO。如图为在不同颗粒间隙的沥青混凝土（α、β型）在不同温度下，反应相同时间，测得CO降解率变化。结合如图回答下列问题：

①已知在50℃时在α型沥青混凝土容器中，平衡时O₂浓度为0.01mol·L^—1，求此温度下CO降解反应的平衡常数_______________。

②下列关于如图的叙述正确的是_________________

A．降解率由b点到c点随温度的升高而增大，可知CO降解反应的平衡常数K_b＜Kc

B．相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大

C．d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效

③科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体，将TiO₂改为催化效果更好的TiO₂纳米管，在10℃～60℃范围内进行实验，请在如图中用线段与“”阴影描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围_____________。

（4）TiO₂纳米管的制备是在弱酸性水溶液中以金属钛为阳极进行电解，写出阳极的电极反应式 ____________________。

Answer

2NO2+4HSO3—== N2+4SO42—+4H+ －87.7 kJ·molˉ1 由反应Ⅰ、Ⅲ可知ΔH6＝-615.0 kJ·molˉ1，随着反应的进行，反应体系中温度升高，使平衡2H2O+4NO+3O2 4HNO3向逆反应方向移动 BC 见右图 Ti－4e—+2H2O==TiO2+4H+

【解析】

(1)根据流程图知，NO2与NH4HSO3反应，+4价的氮氧化+4价的硫，NO2被NH4HSO3吸收生成N2，NO2得电子被还原，则HSO3-被氧化生成SO42-，据此书写离子方程式；

(2)①根据已知方程式构建目标方程式，根据盖斯定律计算反应热；

②根据平衡移动原理来分析，减少反应物浓度，平衡逆向移动；

(3)①化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；

②A．平衡常数是温度的函数，温度升高向吸热方向进行，即向逆反应方向进行；

B．相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大；

C．d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效；

③据催化剂能加快化学反应速率，但不影响平衡移动画图；

(4)据阳极失去电子发生氧化反应书写电极反应方程式。

(1)根据流程图知，NO2被NH4HSO3吸收生成N2，N元素化合价由+4价变为0价，NO2得电子被还原，则HSO3-失电子被氧化，被氧化生成SO42-，反应的方程式为：4NH4HSO3+2NO2=N2+4NH4HSO4，离子方程式为2NO2+4HSO3-═N2+4SO42-+4H+；

故答案为：2NO2+4HSO3-═N2+4SO42-+4H+；

(2)①反应Ⅰ：2NO（g）+O2（g）═2NO2（g）△H1=-113.0 kJ/mol；反应Ⅱ：2SO2（g）+O2（g）═2SO3（1）△H2=-288.4 kJ/mol；根据盖斯定律（Ⅱ-Ⅰ）×得反应NO2（g）+SO2（g）═NO（g）+SO3（1），则△H4=[（-288.4 kJ/mol）-（-113.0 kJ/mol）]×=-87.7 kJ/mol；

故答案为：-87.7 kJ/mol；

②依据I×3＋III×2，得出：△H6=(－113×3－138×2)kJ·mol－1=－615kJ·mol－1，CO燃烧是放热反应，随着反应进行温度升高，使2H2O+4NO+3O24HNO3向逆反应方向进行，因此NO的降解率下降；

故答案为：由反应Ⅰ、Ⅲ可知ΔH6＝-615.0 kJ·molˉ1，随着反应的进行，反应体系中温度升高，使平衡2H2O+4NO+3O24HNO3向逆反应方向移动；

(3)①CO的降解率为x，设起始CO浓度为1mol/L，则达到平衡时c(CO)=(1－x)mol·L－1，c(O2)=0.01mol·L－1，c(CO2)=xmol·L－1，根据平衡常数的定义，K= = =；

②A．平衡常数是温度的函数，温度升高向吸热方向进行，即向逆反应方向进行，K=，故K减小，即Kb＞Kc，故A错误；

B．由图得，相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大，故B正确；

C．d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效，故C正确；

故答案为：BC；

③据催化剂能加快化学反应速率，但不影响平衡移动，故图为，
故答案为：；
(4)阳极失去电子发生氧化反应，故电极反应方程式为Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+；

故答案为：Ti-4e-+2H2O=TiO2+4H+。