Question

【題目】黨的十九大報告中提出要建設美麗中國，推進綠色發展。燃煤煙氣(污染氣體包括NOx、CO、SO2等)的綜合治理是解決大氣污染的主要途徑。

(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除其污染。已知：

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

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

③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ·mol-1

寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的熱化學方程式__________。

(2)選擇合適的催化劑，在一定條件下可對部分燃煤煙氣回收，其主要反應是：2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)△H=-270kJ·mol-1

①其他條件相同、催化劑不同時，SO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖1,Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉化率達到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3的主要優點是__________。

②T℃Fe2O3催化作用下，將等物質的量的CO和SO2充入容積為2L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，反應過程中CO的物質的量隨時間變化如圖2所示。10min內該反應的速率v(SO2)=________；T℃時該化學反應的平衡常數K=______；保持容積固定，若升高溫度，反應的平衡常數_________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，容器內混合氣體的密度__________。

(3) 圖3是用食鹽水做電解液電解煙氣脫氮的原理圖，NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO3-，尾氣經NaOH溶液吸收排入空氣。

①NO被氧化的離子方程式是__________。

②若通入的煙氣2240L(標準狀況)，煙氣中NO含量為15%，(假設煙氣中無其他含氮氣體)，測得溶液中含有NO3-的物質的量為1.47mol,則NO除去率為__________%。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H＝－955 kJ·mol-1 單位時間內，用Fe2O3作催化劑在溫度340℃~420℃范圍內SO2的轉化率都很高，適用溫度較廣泛 0.005 mol·L-1·min-1 6.67 （或20/3） 減小 增大 3Cl2+8OH-+2NO＝2NO3-+6Cl-+4H2O 或3ClO-+2OH-+2NO＝2NO3-+3Cl-+H2O均可 9.8

【解析】

(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1，③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJmol-1，蓋斯定律計算①+②+③×4得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJmol-1，故答案為：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955kJmol-1；

(2)①根據圖示內容，對比260℃時不同催化劑作用下SO2的轉化率，可以看出Cr2O3作催化劑時，反應速率最快，Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉化率達到最高，單位時間內，用Fe2O3作催化劑在溫度340℃～420℃范圍內SO2的轉化率都很高，適用溫度較廣泛，故答案為：單位時間內，用Fe2O3作催化劑在溫度340℃～420℃范圍內SO2的轉化率都很高，適用溫度較廣泛；

②2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)△H=-270kJmol-1

圖象可知10min反應達到平衡狀態，CO物質的量為0.2mol，反應過程中CO變化的物質的量=0.4mol-0.2mol=0.2mol，結合化學方程式計算二氧化硫變化的物質的量0.1mol，反應速率v===0.005molL-1min-1，結合化學反應三行計算劣勢計算平衡濃度，將等物質的量的CO和SO2充入容積為2L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，

2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(1)

起始量(mol/L) 0.2 0.2 0 0

變化量(mol/L) 0.1 0.05 0.1 0.05

平衡量(mol/L) 0.1 0.15 0.1

平衡常數K===6.67，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常減小，平衡逆向進行氣體質量增大，容器體積不變，則密度增大，故答案為：0.005molL-1min-1；6.67；減小；增大；

(3)①電解食鹽水陽極產生氯氣作氧化劑，NO為還原劑，在堿性條件下的反應為：3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O；故答案為：3Cl2+8OH-+2NO=2NO3-+6Cl-+4H2O；

②若通入的煙氣2240L(標準狀況)，物質的量==100mol，煙氣中NO含量為15%，(假設煙氣中無其他含氮氣體)，NO物質的量為15mol，3Cl2+8OH-+2NO= 2NO3-+6Cl-+4H2O，測得溶液中含有NO3-的物質的量為1.47mol，NO物質的量1.47mol，NO除去率=×100%=9.8%，故答案為：9.8。