题目

3. 雾霾由多种污染物形成,包含-|||-颗粒物(PM2.5 )、氮氧化物(NO )、CO、SO2等。化学-|||-在解决雾霾污染中有着重要的作用。-|||-(1)已知:① (g)+(O)_(2)(g)=!=!= 2C(O)_(2)(g)-|||-.Delta (H)_(1)=-566.0kJcdot (mol)^-1 ;-|||-② (g)+(O)_(2)(g)=!=!= 2N(O)_(2)(g)-|||-.Delta (H)_(2)=-116.5kJcdot (mol)^-1 ;-|||-③ _(2)(g)+(O)_(2)(g)=!=!= 2NO(g)-|||-Delta (H)_(3)=+180.5kJcdot (mol)^-1 。-|||-废气中NO2与CO转化成无污染气体的热化学方程-|||-式为 __-|||-(2)研究发现利用N H3可除去硝酸工业尾气中的-|||-NO。NH3与NO的物质的量之比分别为1:2、1:-|||-1.5、3:1时,NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。-|||-0.8 Y (900,0.75)-|||-0.7-|||-罍 0.6 X·(800.0.55)-|||-0.5-|||-0.4 二=-8-|||-0.3 -c-|||-0.2-|||-0.1-|||-0-|||-800 900 1000 1100 1200 1300-|||-温度/K-|||-①曲线a中,NO的起始浓度为 times (10)^-4mgcdot (m)^-3 ,从-|||-X点到Y点经过10 s,则该时间段内N O的脱除速率-|||-为 __ cdot (m)^-3cdot (s)^-1 。-|||-②曲线c对应的N H3与NO的物质的量之比是 __-|||-__ ,其理由是 __ 。-|||-(3)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活-|||-化氧分子,生成活化氧,活化氧可以快速氧化SO2。活-|||-化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。-|||----- - - - - - - 水水... 有水 氧原子 ○碳原子-|||-0.8 0.75 0.73-|||-0.6 0.57-|||-0.4 0.31-|||-0.2-|||-0.0 0.00-|||--0.2 -0.29-|||-炭 过 攀 r-|||-无水情况下,一个氧分子的活化能为 __ ,容易-|||-活化氧分子的条件是 __ (填"有水"或"无水")。-|||-(4)利用反应 (O)_(2)+8N(H)_(3)=7(N)_(2)+12(H)_(2)O 构成的-|||-电池既能有效消除氮氧化物的排放,减轻雾霾污染,-|||-又能充分利用化学能,装置如图所示。-|||-A B-|||-NO2→= =NH3-|||-20%~30% 20%~30%-|||-KOH溶液 KOH溶液-|||-离子交换膜-|||-①B极的电极反应式为 __ 。-|||-②若反应转移1.2m ol电子,A极生成N2的体积为-|||-__ L(标准状况)。

题目解答

答案

解析

考查要点：本题综合考查热化学方程式的书写、化学反应速率计算、化学平衡影响因素、活化能概念及原电池原理的应用。
解题思路：

  1. 热化学方程式叠加：通过给定反应式组合目标反应，注意中间物质的消去和焓变计算。
  2. 速率计算：利用浓度变化量与时间的比值，注意单位转换。
  3. 平衡与催化剂：根据脱除率与物质的量比的关系，结合图像判断最佳比例。
  4. 原电池反应：根据反应式书写电极反应，利用电子转移数计算气体体积。

(1) 热化学方程式书写

目标反应：$2NO_2(g) + 4CO(g) \rightarrow N_2(g) + 4CO_2(g)$
步骤：

  1. 逆用反应②：$2NO_2(g) \rightarrow 2NO(g) + O_2(g)$，$\Delta H = +116.5 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
  2. 反应①：$2CO(g) + O_2(g) \rightarrow 2CO_2(g)$，$\Delta H = -566.0 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
  3. 逆用反应③：$2NO(g) \rightarrow N_2(g) + O_2(g)$，$\Delta H = -180.5 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
    总反应：将上述三式相加，消去中间物质$O_2(g)$和$NO(g)$，得目标方程式。
    焓变计算：$\Delta H = (+116.5) + (-566.0) + (-180.5) = -1196.0 \, \text{kJ·mol}^{-1}$

(2) ① 脱除速率计算

数据：X点（800K，脱除率0.55），Y点（900K，脱除率0.75）
浓度变化：$\Delta c = 6 \times 10^{-4} \times (0.75 - 0.55) = 1.2 \times 10^{-4} \, \text{mg·m}^{-3}$
速率：$\text{速率} = \frac{\Delta c}{\Delta t} = \frac{1.2 \times 10^{-4}}{10} = 1.2 \times 10^{-5} \, \text{mg·m}^{-3}·\text{s}^{-1}$

(2) ② 物质的量比判断

规律：脱除率随$NH_3/NO$比值增大而升高。
图像分析：曲线c在高温下脱除率最低，说明比值最小，对应$1:2$。

(3) 活化能与条件

无水活化能：直接读图中最高点能量差为$0.75 \, \text{eV}$。
条件判断：有水时活化能更低（能量差更小），故更易活化。

(4) 原电池反应

B极（负极）：$NH_3$被氧化生成$N_2$，反应式为：
$12NH_3 - 24e^- + 6OH^- \rightarrow N_2 + 6H_2O$
A极气体体积：转移$1.2 \, \text{mol}$电子对应生成$0.1 \, \text{mol}$ $N_2$，体积为$0.1 \times 22.4 = 3.36 \, \text{L}$。