备考2024届高考化学一轮复习强化训练第四章非金属及其化合物第6讲氮及其氧化物氢化物和铵盐热力学动力学视角__氮氧化物污染气体的处理

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人为活动排放的氮氧化物主要来自机动车尾气排放、化石燃料燃烧、硝酸生产加工、金属冶炼等，排放的氮氧化物超过环境自净承受能力，对环境的损害极大。氮氧化物是形成酸雨、光化学烟雾、消耗臭氧的主要物质之一。采用新方法将氮氧化物转化为氮气是消除氮氧化物污染的主要措施。
1.[2023河北邯郸模拟]汽车尾气的治理是减轻空气污染的有效途径。科学家研究发现含TiO2的混凝土或沥青可以适度消除汽车尾气中的氮氧化物，其原理如下。下列关于“消除”过程的叙述错误的是（ D ）
A.部分光能转变为化学能
B.消除总反应为：4NOx＋（5－2x）O2＋2H2O光TiO24HNO3
C.使用纳米TiO2，产生的光生电子和空穴更多，NOx消除效率更高
D.1 ml O2－比1 ml·OH多9NA个电子（NA为阿伏加德罗常数的值）
解析 由图可知，在TiO2的催化作用下，紫外线提供能量，发生反应4NOx＋（5－2x）O2＋2H2O光TiO24HNO3，即有部分光能转化为化学能，故A正确；根据流程分析可知，消除总反应为4NOx＋（5－2x）O2＋2H2O光TiO24HNO3，故B正确；纳米TiO2与紫外线接触面积更大，将产生更多的光生电子和空穴，从而消除更多的NOx，故C正确；1 ml O2－含有17 ml电子，1 ml·OH含有9 ml电子，即1 ml O2－比1 ml·OH多8NA个电子，故D错误。
2.[2023河南洛阳模拟]工业上利用NH3对烟道气进行脱硝的SCR技术具有效率高、性能可靠的优势。SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂（MnO2）表面转化为N2和H2O，反应进程中相关物质的相对能量变化如图所示。下列说法正确的是（ A ）
A.总反应为6NO＋4NH3 MnO2 5N2＋6H2O
B.NH2NO是脱硝反应的催化剂
C.升高温度，脱硝反应的正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度
D.决定总反应速率的步骤是“NH2NO的转化”
解析 由“SCR技术的原理为NH3和NO在催化剂（MnO2）表面转化为N2和H2O”，可知总反应的化学方程式为6NO＋4NH3 MnO2 5N2＋6H2O，A正确；NH3吸附在催化剂表面后，经过反应形成了NH2NO，NH2NO又经过反应得到N2和H2O，所以NH2NO是脱硝反应的中间产物，B错误；由题图知生成物的总相对能量比反应物的总相对能量小，该反应为放热反应，ΔH＜0，对于放热反应，升高温度，平衡逆向移动，所以升高温度脱硝反应的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，C错误；由题图知，整个反应进程中“H的移除”过程的能垒最大，其速率是全过程几个反应中最小的，决定了总反应的速率，D错误。
3.[江苏高考]N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。
（1）N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 2NH3＋2O2催化剂△N2O＋3H2O 。
（2）NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为
NO＋NO2＋2OH－2NO2－＋H2O
2NO2＋2OH－NO2－＋NO3－＋H2O
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 BC （填字母）。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是 NaNO3 （填化学式）；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 NO （填化学式）。
（3）NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO3－的转化率随NaClO溶液初始pH（用稀盐酸调节）的变化如图所示。
①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO3－，其离子方程式为 3HClO＋2NO＋H2O3Cl－＋2NO3－＋5H＋ 。
②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是 溶液pH越小，溶液中HClO的浓度越大，氧化NO的能力越强 。
解析 （1）NH3被O2氧化生成N2O，N元素从－3价升至＋1价，1 ml NH3失去4 ml e－，O元素从0价降至－2价，1 ml O2得到4 ml e－，根据N和O元素得失电子守恒及原子守恒配平方程式。（2）①A项，通入尾气速率过快时，尾气吸收不充分，错误；B项，采用气、液逆流的方式吸收尾气时，尾气吸收会更充分，正确；C项，补充NaOH溶液，c（OH－）增大，能更充分吸收尾气，正确。②NO2与NaOH反应可生成NaNO2、NaNO3和水，所以NaNO2晶体中会混有NaNO3杂质。由吸收尾气的主要反应可知，NO2吸收更充分，故吸收后排放的尾气中NO的含量较高。（3）①HClO氧化NO生成NO3－，自身被还原为Cl－，根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平方程式。②氧化NO的是HClO，NaClO在酸性条件下会生成HClO，所以pH越小，溶液中HClO的浓度越大，NO转化率越高。