Question

【題目】汽車尾氣中CO、NOx以及燃煤廢氣中的SO2都是大氣污染物，對它們的治理具有重要意義。

(1)氧化還原法消除NOx的轉化如下所示：

NONO2N2

①反應Ⅰ為NO＋O3===NO2＋O2，生成標準狀況下11.2 L O2時，轉移電子的物質的量是____mol。

②反應Ⅱ中，當n(NO2)∶n[CO(NH2)2]＝3∶2時，氧化產物與還原產物的質量比為____。

(2)使用“催化轉化器”可以減少尾氣中的CO和NOx，轉化過程中發生反應的化學方程式為CO＋NOx―→N2＋CO2(未配平)，若x＝1.5，則化學方程式中CO2和N2的化學計量數之比為____。

(3)吸收SO2和NO，獲得Na2S2O4和NH4NO3產品的流程圖如圖所示(Ce為鈰元素)。

裝置Ⅱ中，酸性條件下NO被Ce4＋氧化的產物主要是NO3-和NO2-，請寫出生成等物質的量的NO3-和NO2-時的離子方程式：____。

(4)裝置Ⅲ的作用之一是用質子交換膜電解槽電解使得Ce4＋再生，再生時生成的Ce4＋在電解槽的____(填“陽極”或“陰極”)，同時在另一極生成S2O42-的電極反應式為___。

(5)已知進入裝置Ⅳ的溶液中NO2-的濃度為a g·L－1，要使1 m3該溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，至少需向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的氧氣____L(用含a代數式表示，結果保留整數)。

Answer 1

【答案】14∶3 3∶12NO＋3H2O＋4Ce4＋===NO3-＋NO2-＋6H＋＋4Ce3＋陽極2H＋＋2HSO3-＋2e－===S2O42-＋2H2O243a

【解析】

（1）①根據反應NO＋O3=NO2＋O2可知NO中氮元素由+2價升高到+4價，生成1molO2時，轉移2mole-，標準狀況下11.2 L O2的物質的量為0.5mol，所以轉移電子的物質的量為1mol；

②反應Ⅱ中，氮元素最終轉變為N2，N2既是氧化產物又是還原產物。NO2中氮元素由+4價降低到0價，被還原，CO(NH2)2中氮元素由-3價升高到0價，被氧化，當n(NO2)∶n[CO(NH2)2]＝3∶2時，根據元素守恒可知氧化產物與還原產物的物質的量之比為2×2:3=4:3，即為質量之比為4∶3；

（2）CO＋NOx―→N2＋CO2(未配平)，若x＝1.5，NOx中氮元素由+3價降低到0價，CO中碳元素由+2價升高到+4價，根據化合價升降守恒可知CO和NOx的化學計量數之比為3:2，結合元素守恒可知CO＋NOx―→N2＋CO2中CO2和N2的化學計量數比為3:1；

（3）NO被Ce4＋氧化生成等物質的量的NO3-和NO2-，根據流程圖可知Ce4＋被還原為Ce3＋，因此離子方程式為2NO＋3H2O＋4Ce4＋=NO3-＋NO2-＋6H＋＋4Ce3＋；

（4）Ce3＋失電子被氧化生成Ce4＋，電解槽中陽極失電子，因此生成的Ce4＋在電解槽的陽極；根據流程圖可知HSO3-參與反應，在陰極得電子，因此反應式為2H＋＋2HSO3-＋2e－=S2O42-＋2H2O；

（5）溶液中的NO2-完全轉化為NH4NO3，根據流程圖可知裝置Ⅳ中加入了氨氣和氧氣，因此NO2-被氧氣氧化生成NO3-，氮元素化合價由+3價升高到+5價，氧氣中氧元素由0價降低到-2價，根據化合價升降守恒可知2NO2-~O2，2NO2-的物質的量濃度為a/46mol/L，1 m3中NO2-的物質的量為a/46×103mol，則消耗氧氣的物質的量為a/46×103mol÷2=a/92×103mol，標況下體積為V=n×Vm=a/92×103mol×22.4L/mol≈243aL。