Question

14．為治理環(huán)境，減少霧霾，應(yīng)采取措施減少氮氧化物（NOx）的排放量．
還原法、氧化法、電化學(xué)吸收法是減少氮氧化物排放的有效措施．
（1）科學(xué)家研究利用乙烯進(jìn)行脫硝（NO），反應(yīng)機(jī)理如圖1．由圖 可推斷：乙烯的作用是作還原劑，Cu⁺的作用是作催化劑．
（2）選擇性催化還原技術(shù)（SCR）是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，其反應(yīng)原理為：
4NH₃（g）+4N0（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂0（g）△H=-1625.5kJ•mol^-1
①該方法應(yīng)控制反應(yīng)溫度在315〜400℃之間，反應(yīng)溫度不宜過(guò)高的原因是溫度過(guò)高，使脫硝的主要反應(yīng)的平衡向逆方向移動(dòng)，脫硝率降低．
②氨氮比[n（NH₃）/n（NO）]會(huì)直接影響該方法的脫硝率．如圖2為350℃時(shí)，只改變氨氣的投放量，NO的百分含量與氨氮比的關(guān)系圖，當(dāng) n（NH₃）/n（NO）＞l.0 時(shí)，煙氣中NO含量反而增大，主要原因是 過(guò)量氨氣與氧氣反應(yīng)生成NO．
（3）煙氣脫硫（SO₂）脫硝（NOx）一體化技術(shù)是大氣污染防治研究的熱點(diǎn)．用次氯酸鈣溶液同時(shí)脫除煙氣中SO₂和NO的原理如下：
脫硫：Ca（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（1）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq）Ⅰ
脫酸：3Ca（ClO）₂（aq）+2NO（g）+2H₂O（1）=3CaCl₂（s）+HNO₃（aq）Ⅱ
①與NaClO溶液相比，Ca（C10）₂溶液更能有效促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行，理由是CaSO₄微溶，反應(yīng)體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)行．
②已知NaOH溶液脫銷(xiāo)的原理：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，
NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O與 NaOH  溶液相比，Ca（ClO）₂   溶液脫銷(xiāo)效率更高，可能的原因是ClO^-氧化性強(qiáng)，有利于將NO氧化為它們的最高價(jià)態(tài)NO₃^-．
（4）直接電解吸收也是脫硝的-種方法．用6%的稀硝酸吸收NO_x生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽使之轉(zhuǎn)化為硝酸．電解裝置如圖3所示．將石墨電極設(shè)置成顆粒狀的目的是增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率；該電池的陽(yáng)扱方程式為H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)降低被還原，自身為氧化劑，元素化合價(jià)升高被氧化，自身為還原劑，用乙烯進(jìn)行脫硝（NO），從圖示可知，乙烯被氧化成二氧化碳，Cu⁺在反應(yīng)前后不變?yōu)榇呋瘎��?br />（2）①根據(jù)溫度對(duì)速率和化學(xué)平衡的影響分析；②根據(jù)過(guò)量氨氣與氧氣的反應(yīng)的產(chǎn)物分析；
（3）①Ca（ClO）₂法更能促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行是因?yàn)榉磻?yīng)Ⅰ中生成微溶于水的硫酸鈣，濃度大的溶液中會(huì)生成沉淀；
②NO難溶于水，堿液對(duì)NO_x的脫除效率較低；ClO^-氧化性強(qiáng)，有利于將NO 氧化為它們的最高價(jià)態(tài)NO₃^-；
（4）電極的面積越大，與溶液的接觸越充分，電解效率越高；電解吸收也是脫硝的一種方法．用6%的稀硝酸吸收NO_x生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，陽(yáng)極上亞硝酸失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）用乙烯進(jìn)行脫硝（NO），從圖示可知，乙烯被NO氧化成二氧化碳（其中C由-2→+4），NO自身被還原成N₂（其中N由+2→0），催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)、質(zhì)量不變，圖示中Cu⁺在反應(yīng)前后不變，為催化劑，
故答案為：作還原劑；作催化劑；
（2）①該方法應(yīng)控制反應(yīng)溫度在315～400℃之間，反應(yīng)溫度不宜過(guò)低也不宜過(guò)高，溫度越高反應(yīng)速率越快，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率小，溫度過(guò)高，使脫硝的主要反應(yīng)的平衡向逆方向移動(dòng)，脫硝率降低，
故答案為：溫度過(guò)高，使脫硝的主要反應(yīng)的平衡向逆方向移動(dòng)，脫硝率降低；
②當(dāng)$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$＞1.0時(shí)，過(guò)量的氨氣與氧氣的反應(yīng)生成NO，所以煙氣中NO濃度增大，
故答案為：過(guò)量氨氣與氧氣反應(yīng)生成NO；
（3）①反應(yīng)Ⅰ脫硫：Ca（ClO）₂（aq）+2SO₂（g）+2H₂O（l）=CaSO₄（s）+H₂SO₄（aq）+2HCl（aq），反應(yīng)中生成微溶于水的硫酸鈣，反應(yīng)體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：CaSO₄微溶，反應(yīng)體系中的Ca²⁺有利于CaSO₄沉淀的生成，促進(jìn)吸收反應(yīng)進(jìn)行；
②與NaOH溶液吸收法相比，Ca（ClO）₂法的脫硫脫硝效率更高，NO難溶于水，堿液對(duì)NO_x的脫除效率較低，ClO^-氧化性強(qiáng)，有利于將NO氧化為它們的最高價(jià)態(tài)NO₃^-，達(dá)到高效率脫除的目的，
故答案為：ClO^-氧化性強(qiáng)，有利于將NO氧化為它們的最高價(jià)態(tài)NO₃^-；
（4）電極的面積越大，與溶液的接觸越充分，電解效率越高，所以將石墨電極設(shè)置成顆粒狀的目的是增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率，電解吸收也是脫硝的一種方法．用6%的稀硝酸吸收NO_x生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，陽(yáng)極上亞硝酸失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極電極反應(yīng)為：H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-，
故答案為：增大吸收液與電極的接觸面積，提高電解反應(yīng)的效率；H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原、影響反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、電解原理的應(yīng)用，題目綜合性較強(qiáng)，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意把握題目中所給圖示的含義．