氮的氧化物（用NOx表示）是大气污染物，必须加以处理．（1）汽车尾气中的CO、NOx采用催...

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（16分）氮的氧化物（用NO_x表示）是大气污染物，必须加以处理。

（1）汽车尾气中的CO、NO_x采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应化学方程式可表示为：______________。

（2）工业尾气中氮的氧化物常采用氨催化吸收法，原理是NH₃和NO_x反应生成无毒的物质。某同学采用以下装置（见下图）和步骤模拟工业上氮的氧化物处理过程。

Ⅰ.提供的装置。

Ⅱ.NH₃的制取。

①所提供的装置中能快速、简便制取NH₃的装置是：__________（填仪器序号）。

②若采用C装置制取氨气（控制实验条件相同），情况如表所示。

实验记录

分析表中数据，实验室制NH₃产率最高的是：___________________（填序号），其他组合NH₃产率不高的原因是：____________。

Ⅲ.模拟尾气的处理。

选用上述部分装置，按下列顺序连接成模拟尾气处理装置：

①A中反应的离子方程式：_________。

②D装置作用除使气体混合均匀和调节气流速度以外，还有一个作用是_____________。

③D装置中的液体可换成_________（填序号）。

a.CuSO₄溶液        b.H₂O     c.CCl₄            d.浓H₂SO₄

④该同学所设计的模拟尾气处理实验还存在的明显缺陷是________________。

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工业废气和汽车尾气含有多种氮氧化物，以NOx表示，NOx能破坏臭氧层，产生光化学烟雾，是造成大气污染的来源之一。按要求回答下列问题：

（1）NO2与N2O4存在以下转化关系：2NO2(g)N2O4(g)。

①已知：标准状况(25℃、101kPa)下，由最稳定的单质生成1mol化合物的焓变(或反应热)，称为该化合物的标准摩尔生成焓。几种氧化物的标准摩尔生成焓如表所示：

则NO2转化成N2O4的热化学方程式为__。

②将一定量N2O4投入固定容积的恒温容器中，下述现象能说明反应达到平衡状态的是__(填标号)。

A．v(N2O4)=2v(NO2)　　　　　　 B．气体的密度不变

C．不变　　　　　　　　 D．气体的平均相对分子质量不变

③达到平衡后，保持温度不变，将气体体积压缩到原来的一半，再次达到平衡时，混合气体颜色____填“变深”“变浅”或“不变”)，判断理由是___。

（2）在容积均为2L的甲、乙两个恒容密闭容器中，分别充入等量NO2，发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)。保持温度分别为T1、T2，测得n(NO2)与n(O2)随时间的变化如图所示：

①T1时，反应从开始到第2min，平均速率v(O2)=__，该温度下平衡常数K=__。

②实验测得：v正=k正c2(NO2)，v逆=k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响，下列有关说法正确的是__(填标号)。

A．反应正向放热

B．a点处，v逆(甲)<v逆(乙)

C．k正(T2)>k正(T1)

D．温度改变，k正与k逆的比值不变

（3）硫代硫酸钠(Na2S2O3)在碱性溶液中是较强的还原剂，可用于净化氧化度较高的NOx废气，使之转化为无毒、无污染的N2。请写出NO2与硫代硫酸钠碱性溶液反应的离子方程式：__。

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研究NOx、CO等大气污染物的测量及处理具有重要意义。

（1）在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放。NOx在催化转化器中被CO还原成N2排除。写出NO被CO还原的化学方程式：________________。

（2）选择性催化还原技术(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术，即在金属催化剂作用下，用还原剂(如NH3)选择性地与NOx反应生成N2和H2O。

①已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.5kJ•mol-1

N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180kJ•mol-1

完成该方法中主要反应的热化学方程式

4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=_________________。

②该方法应控制反应温度在315~400℃之间，反应温度过低会影响反应速率，但温度也不宜过高，原因是___________________。

③氨氮比[n(NH3)／n(NO)]会直接影响该方法的脱硝率。350℃时，只改变氨气的投放量，反应物x的转化率与氨氮比的关系如右图所示，则X是________________ (填化学式)。当n(NH3)／n(NO)＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，主要原因是________________ 。

（3）通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：

①Pt电极上发生的是______________反应（填“氧化”或“还原”）。

②写出NiO电极的电极反应式：___________________________________。

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燃煤废气、汽车尾气中的氮氧化物（NO_x）、一氧化碳等有害气体，常用下列方法处理，以减少对环境的污染。

（1）对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：

CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H ＝-574 kJ·mol^-1

CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H ＝-1160 kJ·mol^-1

则1molCH₄将NO₂还原为N₂的反应热为________；

（2）除氮氧化物及CO外，汽车尾气中还含有碳氢化合物等污染物，下图是汽车尾气转化研究的示意图：表示的是Pt/Al₂O₃/Ba表面吸附与解吸作用的机理，氮氧化物是NO₂，碳氢化合物是CxHy，写出两者反应的化学方程式：________，Pt/Al₂O₃/Ba的作用是________；

（3）平衡常数K的数值大小，是衡量化学反应进行程度的标志，K的数值越大，化学反应的限度越大，反应物反应的越充分。在25℃时，下列反应的平衡常数如下：

N₂(g)＋O₂(g) 2NO(g)                        K₁＝1×10^－30   ㈠

2H₂(g)＋O₂(g) 2H₂O(g)                   K₂＝2×10⁸¹    ㈡

2CO₂ (g) 2CO(g)＋O₂(g)                  K₃＝4×10^－92   ㈢

①常温下，反应2H₂O(g)    2H₂(g) +O₂(g) 平衡常数K＝________；

②关于以上反应，下列说法正确的是________

A．常温下，NO，H₂O，CO₂三种化合物分解放出氧气的倾向大小顺序：NO＞H₂O＞CO₂

B．若升高温度，反应㈢的平衡常数K₃将增大

C．若只增加压强，且反应物、生成物状态不变，反应㈠平衡不发生移动，平衡常数不变；反应㈡平衡朝正向移动，平衡常数增大

D．若增加汽车发动机空气的进气量，可同时减少氮氧化物和一氧化碳的排放

③基于环保法规，要求改装汽车尾气处理装置，达到使氮氧化物（NO）、一氧化碳转化为无污染、可排放的气体的目的。改装的方法主要是加入有效催化剂，请你根据以上有关数据分析，在不改变其它条件的情况下，可使用催化剂除污染气体的原因：________。

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汽车尾气中的NOx是大气污染物之一，科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染。

（1）压缩天然气（CNG）汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2。

①CH4(g)＋4NO2(g) 4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　　 △H1＜0

②CH4(g)＋4NO(g) 2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　　　 △H2＜0

③CH4(g) ＋2NO2(g) N2(g) ＋CO2(g) ＋2H2O(g)　 △H3＝　　　　　　 。（用△H1和△H2表示）

（2）在恒压下，将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③，在不同温度、不同投料比时，NO2的平衡转化率见下表：

①写出该反应平衡常数的表达式K=　　　　　　 。

②若温度不变，提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比，则K将　　　　　　 。（填“增大”、“减小”或“不变”。）

③400 K时，将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol，充入一装有催化剂的容器中，充分反应后，平衡时NO2的体积分数　　　　　　 。

（3）连续自动监测氮氧化物（NOx）的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1

图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 图2

①NiO电极上NO发生的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%（体积分数），若用甲烷将其完全转化为无害气体，处理1×104L（标准状况下）该尾气需要甲烷30g，则尾气中V(NO)︰V(NO2)=　　

（4）在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4，然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下，同时分别发生②③两个反应：并在t秒时测定其中NOx转化率，绘得图象如图2所示：

①从图中可以得出的结论是

结论一：相同温度下NO转化效率比NO2的低

结论二：在250℃-450℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小

结论二的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

②在上述NO2和CH4反应中，提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)

A．改用高效催化剂　　　 B．降低温度　　　 C.分离出H2O(g)　　　　 D．增大压强

E．增加原催化剂的表面积　　 F．减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]

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“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳氢化合物大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。

(1)已知：汽车尾气中的CO、NOx、碳氮化合物是大气污染物。使用稀土等催化剂能将CO、NO转化成无毒物质。

已知: N2(g)+O2(g)=2NO(g)　　 △H1=+180.5kJ/mol　　 K1(该反应的平衡常数)

2C(s) +O2(g) =2CO(g)　　　　　 △H2=-221kJ/mol　　　　 K2 (同上)

C(s) +O2(g) =CO2(g)　　　　　　 △H3=-393.5kJ/mol　　  K3(同上)

写出NO(g) 与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式_________，以及该热化学方程式的平衡常数K=________(用K1、K2、K3表示)

(2)污染性气体NO2与CO在一定条件下的反应为:2NO2+4CO4CO2+N2　 △H=-1200kJ/mol。

①某温度下，在2L密闭容器中充入0.lmolNO2和02m1CO，此时容器的压强为1个大气压，5秒时反应达到平衡时，容器的压强变为原来的29/30，则反应开始到平衡时NO2的平均反应速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若容器中观察到____________________________，可判断该反应达到平衡状态；

③能使该反应的反应速率增大，且平衡向逆反应方向移动的是_______。

A.及时分离出CO2　　　　　　　　　　　　 B.适当升高温度

C.减小容器体积使体系压强增大　　　　 D.选择高效催化剂

(3)电化学降解NO2-的原理如图:

阴极反应式为_____________________________________。

(4)在高效催化剂作用下可用NH3还原NO2进行污染物处理。

①相同条件下，选用A、B、C三种催化剂进行反应，生成氮气的物质的量与时间变化如图。活化能最小的是________[用E(A)、E(B)、E(C)表示三种催化剂下该反应的活化能]。

②在催化剂A作用下测得相同时间处理NO2的量与温度关系如图。试说明图中曲线先增大后减小的原因____________________________________________________(假设该温度范围内催化剂的催化效率相同)。

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“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、NO2-、碳氢化合物大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。

（1）已知: 汽车尾气中的CO、NOx、碳氮化合物是大气污染物。使用稀土等催化剂能将CO、NO转化成无毒物质。

已知: N2(g)+O2(g)=2NO(g)　　 △H1=+180.5kJ/mol　　 K1(该反应的平衡常数)

2C(s) +O2(g) =2CO(g)　　　　　 △H2=-221kJ/mol　　　　 K2 (同上)

C(s) +O2(g) =CO2(g)　　　　　　 △H3=-393.5kJ/mol　　  K3(同上)

写出NO(g) 与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式_________，以及该热化学方程式的平衡常数K=________(用K1、K2、K3表示)

（2）污染性气体NO2与CO在一定条件下的反应为:2NO2+4CO4CO2+N2　 △H=-1200kJ/mol。

①某温度下，在2L 密闭容器中充入0.lmol NO和02m1CO，此时容器的压强为1个大气压，5秒时反应达到平衡时，容器的压强变为原来的29/30，则反应开始到平衡时NO2的平均反应速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。

②若此温度下，某时刻测得NO2、CO、CO2、 N2的浓度分别为1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、a mol/L，要使反应向逆反应方向进行，a 的取值范围_________。

③能使该反应的反应速率增大，且平衡向逆反应方向移动的是_______。

A.及时分离出CO2　　　　　　　　　　　　 B.适当升高温度

C.减小容器体积使体系压强增大　　　　 D.选择高效催化剂

（3）电化学降解NO2-的原理如下图:

①电源的正极是___ (填A或B)，阴极反应式为___________。

②若电解过程中转移了3mol 电子，则膜两侧电解液的质量变化差为______g。

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