Question

【題目】汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科學家們-直致力于污染物的有效消除。

(1)利用氨水可以將SO2、氮氧化物吸收，原理如下圖所示。

請寫出NO2和NO按體積比1：1被吸收時反應的離子方程式_________________________。

(2)科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。

①己知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=-113.0kJ· mol-1

2SO2(g)+O2(g)=2SO3(l) △H2=-288.4kJ· mol-1

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H3=+180.5kJ· mol-1

請判斷反應NO2(g)+SO2(g)=NO(g)+SO3(l) △H4，在低溫下能否自發進行_______(填“能”或“否”)，理由是__________________________。

②己知TiO2催化尾氣降解原理為：

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)

i、在一定條件下，模擬CO、NO的降解，得到降解率(即轉化率)隨時間變化如圖所示，

反應40秒后檢測到混合氣體中N2濃度上升，HNO3氣體濃度有所降低，請用化學方程式并結合化學反應原理知識解釋可能的原因____________________________________________。

ii，瀝青混凝土也可降解CO。如圖為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)在不同溫度下，反應相同時間，測得CO降解率變化。結合圖表回答下列問題：

已知在50℃時在α型瀝青混凝土容器中，平衡時O2濃度為0.01mol·L-1，求此溫度下CO降解反應的平衡常數____________________(用含x的代數式表示)；以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，在10～60℃范圍內進行實驗，請在圖中用線段與陰影，仿照“示例”描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現的最大區域范圍(示例：)_____________________。

(3)利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)也可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2，b極的電極反應式為_______________________________。

Answer 1

【答案】NO2+NO+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+ 能 △H4= -87.7kJ· mol-1<0，根據方程式可判斷反應的△S<0，故在低溫時能自發進行 i發生反應2NON2＋O2生成N2，NO濃度降低，平衡2H2O＋4NO＋3O24HNO3逆向移動，HNO3濃度降低 2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-（或2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O）

【解析】

（1）根據圖中分析，反應物為NO、NO2、NH4HSO3，產物為N2，該反應為氧化還原反應，則SO42-一定也是產物，據此寫出離子方程式；

（2）①先根據蓋斯定律，計算出△H4，再根據△G=△H-T△S分析該反應能否自發進行，

②i、結合反應N2(g)＋O2(g)2NO(g)、2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4HNO3(g)進行分析即可；

ii、列出反應的三段式，用x表示出各組分的濃度，再根據K=進行計算；題中說明TiO2納米管的催化效果更好，則其CO降解率隨溫度變化的曲線應在β型曲線的上方，趨勢和β型曲線相同；

（3）b極上，HSO3-變為了S2O42-，S由+4價變為了+3價，則要得到電子，依此可寫出電極方程式。

（1）根據圖中分析，反應物為NO、NO2、NH4HSO3，產物有N2、SO42-，該反應的離子方程式為NO2+NO+3HSO3-=N2+3SO42-+3H+；

（2）①根據蓋斯定律可得：△H4=(-△H1+△H2)=×(113.0kJ·mol-1-228.4kJ·mol-1)= -87.7kJ· mol-1<0，而反應△S也小于0，故低溫時△G=△H-T△S<0，該反應能自發進行；

②i、NO降解：2NO(g)N2(g)＋O2(g)，N2的濃度升高，NO的濃度降低，使得平衡2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4HNO3(g)逆向移動，HNO3的濃度也降低；

ii、設CO的初始濃度為y mol·L-1，則反應的三段式為：

，

K===；

題中說明TiO2納米管的催化效果更好，則其CO降解率隨溫度變化的曲線應在β型曲線的上方，趨勢和β型曲線相同，如下圖所示：

；

（3）b極上，HSO3-變為了S2O42-，S由+4價變為了+3價，是得到電子的過程，則該電極反應方程式為：2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-。