Question

氮氧化物是大氣污染物之一，消除氮氧化物的方法有多種。

（1）利用甲烷催化還原氮氧化物。已知：
CH₄ (g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H ＝－574 kJ/mol
CH₄(g)＋4NO(g) ＝ 2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H ＝－1160 kJ/mol
則CH₄ 將NO₂ 還原為N₂ 的熱化學方程式為                               。       
（2）利用NH₃催化還原氮氧化物（SCR技術)。該技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術。 反應的化學方程式為：2NH₃(g)＋NO(g)＋NO₂(g)   2N₂(g)＋3H₂O(g)　ΔH < 0
為提高氮氧化物的轉化率可采取的措施是                 （寫出1條即可）。
（3）利用ClO₂氧化氮氧化物。其轉化流程如下：
NONO₂N₂
已知反應Ⅰ的化學方程式為2NO+ ClO₂ + H₂O ＝ NO₂ + HNO₃ + HCl，則反應Ⅱ的化學方程式是                ；若生成11.2 L N₂（標準狀況），則消耗ClO₂          g 。
（4）利用CO催化還原氮氧化物也可以達到消除污染的目的。
已知質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率。如圖是反應2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g) 中NO的濃度隨溫度(T)、等質量催化劑表面積(S)和時間(t)的變化曲線。據(jù)此判斷該反應的△H     0 (填“＞”、“＜”或“無法確定”)；催化劑表面積S₁     S₂ (填“＞”、“＜”或“無法確定”)。

Answer 1

（1）CH₄ (g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H ＝－867 kJ/mol    （3分）
（2）增大NH₃的濃度或減小反應體系的壓強或降低反應體系的溫度等（合理答案也計分）
（3）2NO₂ + 4 Na₂SO₃ = N₂ + 4 Na₂SO₄     67.5
（4）＜      ＞

試題分析：（1）將已知的兩個熱化學方程式相加除以2即得，答案為CH₄ (g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H ＝－867 kJ/mol 
（2）提高氮氧化物的轉化率即使反應正向進行，根據(jù)勒夏特列原理，可采取增大NH₃的濃度或減小反應體系的壓強或降低反應體系的溫度等措施；
（3）反應Ⅱ中反應物為NO₂、Na₂SO₃，產(chǎn)物之一有N₂，根據(jù)氧化還原反應理論，可推斷另一產(chǎn)物為Na₂SO₄化學方程式是2NO₂ + 4 Na₂SO₃ = N₂ + 4 Na₂SO₄；若生成11.2 L N₂（標準狀況），其物質的量為0.5mol，消耗NO₂的物質的量為1mol,從而可計算出消耗ClO₂的質量為67.5g;
（4）根據(jù)化學平衡中的“先拐先平”規(guī)律，溫度高的先達平衡，表面積大的速率快，先達平衡，所以T₂>T₁,S₁>S₂,隨溫度升高，CO的濃度增大，說明升溫平衡逆向移動，正向是放熱反應△H<0。