氮的化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用,氮的化合物也會對大氣及水體等產(chǎn)生污染,在利用這些物質(zhì)的同時,治理和減少污染是重要的課題。
(1)NH3和N2H4是氮元素的兩種重要的氫化物。
①結(jié)合NH3分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),解釋NH3常用作制冷劑的原因 液氨氣化時吸收大量熱,使周圍環(huán)境溫度降低液氨氣化時吸收大量熱,使周圍環(huán)境溫度降低。
②N2H4能使鍋爐內(nèi)壁的鐵銹(Fe2O3?xH2O)變成磁性氧化層,減緩鍋爐銹蝕,且不產(chǎn)生污染物。寫出N2H4與鐵銹反應(yīng)的化學(xué)方程式為 N2H4+6 Fe2O3?xH2O=N2+4Fe3O4+(6x+2)H2ON2H4+6 Fe2O3?xH2O=N2+4Fe3O4+(6x+2)H2O。
(2)NO和NO2是氮元素的兩種常見的氧化物,它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。NOx會導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的形成。
①2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)由以下反應(yīng)復(fù)合而成。
反應(yīng)Ⅰ:2NO(g)?N2O2(g) ΔH1
反應(yīng)Ⅱ:N2O2(g)+O2(g)?2NO2(g) ΔH2
其反應(yīng)進(jìn)程與能量變化的關(guān)系示意圖如圖1所示。NO氧化為NO2的總反應(yīng)速率由反應(yīng)Ⅱ控制,原因是 由圖像可知:Ea2>Ea1,反應(yīng)I的活化能比反應(yīng)小,反應(yīng)II活化能較大,反應(yīng)的活化能越大,反應(yīng)速率越慢,決定了總反應(yīng)速率由圖像可知:Ea2>Ea1,反應(yīng)I的活化能比反應(yīng)小,反應(yīng)II活化能較大,反應(yīng)的活化能越大,反應(yīng)速率越慢,決定了總反應(yīng)速率。
在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體,保持其它條件不變,控制反應(yīng)溫度分別為T1和T2(T1>T2),測得c(NO)隨t(時間)的變化曲線如圖2所示。由圖可知,轉(zhuǎn)化相同量的NO,在溫度T1下消耗的時間較長,其可能的原因是 反應(yīng)I的△H1<0,溫度升高,反應(yīng)I的化學(xué)平衡逆向移動,c(N2O2)減小,濃度降低對反應(yīng)速率的影響大于溫度升高對反應(yīng)速率II的影響反應(yīng)I的△H1<0,溫度升高,反應(yīng)I的化學(xué)平衡逆向移動,c(N2O2)減小,濃度降低對反應(yīng)速率的影響大于溫度升高對反應(yīng)速率II的影響。
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②光化學(xué)煙霧形成時,部分物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的過程如圖3,虛線方框內(nèi)的過程可描述為 線框中是NO2在紫外線照射下產(chǎn)生游離的O原子,O與O2結(jié)合形成O3,然后是CH2=CH-CH3與O3發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)生CH3CHO、HCHO線框中是NO2在紫外線照射下產(chǎn)生游離的O原子,O與O2結(jié)合形成O3,然后是CH2=CH-CH3與O3發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)生CH3CHO、HCHO。
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(3)含鈰溶液可以處理大氣中的氮氧化物,并可通過電解法再生。
鈰元素(Ce)常見的化合價有+3價、+4價。NO可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2-、NO3-??刹捎秒娊夥▽⑸鲜鑫找褐械腘O2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì),同時再生Ce4+,其原理如圖4所示。陰極的電極反應(yīng)式為 2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O。
【答案】液氨氣化時吸收大量熱,使周圍環(huán)境溫度降低;N2H4+6 Fe2O3?xH2O=N2+4Fe3O4+(6x+2)H2O;由圖像可知:Ea2>Ea1,反應(yīng)I的活化能比反應(yīng)小,反應(yīng)II活化能較大,反應(yīng)的活化能越大,反應(yīng)速率越慢,決定了總反應(yīng)速率;反應(yīng)I的△H1<0,溫度升高,反應(yīng)I的化學(xué)平衡逆向移動,c(N2O2)減小,濃度降低對反應(yīng)速率的影響大于溫度升高對反應(yīng)速率II的影響;線框中是NO2在紫外線照射下產(chǎn)生游離的O原子,O與O2結(jié)合形成O3,然后是CH2=CH-CH3與O3發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)生CH3CHO、HCHO;2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O
【解答】
【點評】
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