Question

【題目】污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)造福人類的重要研究課題。硫、氮氧化物是形成酸雨、霧霾等環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)祝�采用合適的措施消除其污染是保護(hù)環(huán)境的重要措施。

Ⅰ．研究發(fā)現(xiàn)利用NH3可消除硝酸工業(yè)尾氣中的NO污染。NH3與NO的物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：l、4：1時(shí)，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖所示。

（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg／m3，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為_____mg／(m3·s)。

②曲線b對應(yīng)的NH3與NO的物質(zhì)的量之比是______，其理由是_________。

（2）已知在25℃，101kPa時(shí)：

N2(g)+3H2(g) =2NH3(g) △H＝-Q1／mol

2H2(g)+O2(g) =2H2O(1) △H＝- Q2kJ／mo1

N2(g) +O2(g) = 2NO(g) △H＝+ Q3kJ／mo1

請寫出用NH3脫除NO的熱化學(xué)方程式__________。

Ⅱ．工業(yè)上還可以變“廢”為“寶”，將霧霾里含有的SO2、NO等污染物轉(zhuǎn)化為Na2S2O4(保險(xiǎn)粉)和NH4NO3等化工用品，其生產(chǎn)流程如下：

（3）裝置Ⅱ中NO轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NO3－的反應(yīng)的離子方程式為__________。

（4）裝置Ⅲ制得Na2S2O4的同時(shí)還能讓Ce4＋再生，原理如圖所示。其陰極的電極反應(yīng)式為 ：______。

（5）按上述流程處理含有amolSO2、bmolNO的霧霾(b>a)，并制取Na2S2O4和NH4NO3。裝置Ⅰ中SO2、裝置Ⅱ中NO、裝置Ⅲ中HSO3－和Ce3＋、裝置Ⅳ中NO2－全部轉(zhuǎn)化，處理完畢后裝置Ⅱ中Ce4＋的剩余量與加入量相比沒有變化，則至少需向裝置Ⅳ中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2____L(用含a、b的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】1.5×10-4② 3:1 NH3與NO的物質(zhì)的量比值越大，NO的脫除率越大 4NH3(g) + 6NO(g)=5N2(g) +6H2O(1)△H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol 3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+ 2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O 5.6(3b-a)

【解析】

Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg／m3，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8s，NO的濃度變化為6×10－4mg／m3（0.75-0.55）= 1.2×10－4mg／m3，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為1.5×10-4mg／(m3·s)，故答案為：1.5×10-4；

②當(dāng)其他條件相同時(shí)，NH3與NO的物質(zhì)的量比值越大，NO的脫除率越大，故NH3與NO的物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：l、4：1時(shí)，對應(yīng)的曲線分別為c、b、a，則曲線b對應(yīng)的NH3與NO的物質(zhì)的量之比是3:1，其理由是NH3與NO的物質(zhì)的量比值越大，NO的脫除率越大，故答案為：3:1；NH3與NO的物質(zhì)的量比值越大，NO的脫除率越大；

（2）已知在25℃，101kPa時(shí)，①N2(g)+3H2(g) =2NH3(g) △H＝-Q1kJ／mol；②2H2(g)+O2(g) =2H2O(1) △H＝- Q2kJ／mo1；③N2(g) +O2(g) = 2NO(g) △H＝+ Q3kJ／mo1，根據(jù)蓋斯定律：②×3+③×3-①×2得用NH3脫除NO的熱化學(xué)方程式為4 NH3(g) + 6 NO(g) ==5 N2(g) +6 H2O(1) △H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol，故答案為：4NH3(g) + 6NO(g)=5N2(g) +6H2O(1)△H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol；

Ⅱ．（3）根據(jù)化學(xué)工藝流程知裝置Ⅱ中NO與Ce4+反應(yīng)生成NO3－、NO2—和Ce3+，反應(yīng)的離子方程式為3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+，故答案為：3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+；

（4）裝置Ⅲ為電解池，Ce4＋再生，發(fā)生氧化反應(yīng)Ce3+-e－=Ce4＋，為電解池的陽極反應(yīng)，則陰極反應(yīng)為HSO3-被還原為S2O42-，電極反應(yīng)式為2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O，故答案為：2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

（5）按上述流程處理；amolSO2轉(zhuǎn)化為Na2S2O4得到amol電子，bmolNO轉(zhuǎn)化為NH4NO3失去3bmol電子。根據(jù)電子守恒知O2得電子的物質(zhì)的量為（3b-a）mol，則通入氧氣的物質(zhì)的量為（3b-a）/4mol,，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為5.6(3b-a)L，故答案為：5.6(3b-a)。