Question

工業(yè)上通常用下列方法治理含氮化合物的污染．
（1）用稀土等催化劑能將汽車尾氣中的CO、NO_x、碳?xì)浠�合物轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)，從而減少汽車尾氣污染．已知：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
寫出NO（g）與CO（g）催化轉(zhuǎn)化成N₂（g）和CO₂（g）的熱化學(xué)方程式

 

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（2）用NH₃還原NO_x生成N₂和H₂O．現(xiàn)有NO、NO₂的混合氣3L，可用同溫同壓下3.5L的NH₃恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N₂，則原混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為

 

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（3）電化學(xué)降解治理水中硝酸鹽污染．在酸性條件下，電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖1，陰極反應(yīng)式為

 

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（4）科研小組研究鐵屑對地下水脫氮的反應(yīng)原理．
①pH=2.5時，用鐵粉還原KNO₃溶液，相關(guān)離子濃度、pH隨時間的變化關(guān)系如圖2（部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去）．請根據(jù)圖中信息寫出t₁時刻前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

，t₁時刻后，反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH₄⁺的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，可能的原因是

 

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②已知活性炭能吸附NH₄⁺、OH^-．pH=2.5時，將鐵屑和活性炭同時加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是

 

．正常地下水中含有CO₃^2-，會影響脫氮的效果，其原因為

 

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Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學(xué)方程式的有關(guān)計算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)方程式的加減得出NO與CO催化轉(zhuǎn)化成N₂和CO₂的化學(xué)方程式，焓變相應(yīng)的加減，從而得出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）氮氧化物與氨氣發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，氮氧化物把氨氣氧化為氮氣，本身被還原為氮氣，可以利用反應(yīng)方程式通過設(shè)未知列方程組計算；也可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計算；
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，A為正極，B為負(fù)極，以此解答該題；
（4）①根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)；亞鐵離子屬于弱堿陽離子，會發(fā)生水解反應(yīng)；
②根據(jù)原電池可以加快化學(xué)反應(yīng)速率來回答；根據(jù)實驗原理：在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，結(jié)合碳酸根離子水解顯堿性來回答．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案為：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；     
（2）根據(jù)反應(yīng)可知：氨氣被氧化為氮氣，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被還原為氮氣，NO～N₂～2e^-，二氧化氮被還原為氮氣NO₂～N₂～4e^-，
設(shè)一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.5L，根據(jù)電子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），
x=0.75L，則二氧化氮體積為2.25L，相同條件下，混合氣體中NO和NO₂的體積比等于物質(zhì)的量之比為：0.75：2.25=1：3，
故答案為：1：3；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極，在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑；
（4）①根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；根據(jù)反應(yīng)：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，溶液中NH₄⁺的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，原因是生成的Fe²⁺水解所致，
故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；生成的Fe²⁺水解；
②將鐵屑和活性炭同時加入上述KNO₃溶液中，活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應(yīng)速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺濃度），可以提高脫氮效果；
根據(jù)實驗原理：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，但是CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH會降低脫氮效果，并且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，這樣碳酸亞鐵沉淀覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率，此外，活性炭吸附生成物NH₄⁺、OH^-能降低出水中的NH₄⁺濃度且使溶液的酸性增強；CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液酸性減弱，脫氮效果降低，F(xiàn)e²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，F(xiàn)eCO₃覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、電解原理及電極反應(yīng)書寫、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)實驗方案的判斷等知識，題目難度較大，試題涉及的題量較大，知識點較多、綜合性強，熟練掌握知識的遷移和應(yīng)用是解答本題的關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．