Question

9．煙氣的脫硫（除SO₂）和脫硝（除NO_x）都是環(huán)境科學研究的熱點．工業(yè)上可以通過氧化還原法或尿素法進行脫硫和脫硝．

（1）氧化還原法脫硝．選擇性催化還原（ SCR）法脫硝原理如1圖所示：
①該法脫硝的還原劑是NH₃
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
則4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1627.2kJ/mol
③檢驗脫硝效果的重要指標是脫硝效率（脫硝過程中單位時間內(nèi)NO_x濃度變化占煙氣初始濃度的百分比）．影響SCR系統(tǒng)脫硝效率的因素有很多，根據(jù)圖2判斷提高脫硝效率的最佳條件是溫度400^oC，氨氮物質(zhì)的量比為1；氨氮比一定時，在370^o～400^oC范圍內(nèi)，隨溫度的升高脫硝效率增大，其可能的原因是催化劑在370^o～400^oC范圍催化效果好，升高溫度，反應速率加快．
（2）尿素法脫硫脫硝．尿素[（NH₂）₂CO]濕法煙氣脫硫脫硝過程表示如下：

①（NH₄）₂SO₄水溶液中離子濃度由大到小的順序是c（NH₄⁺ ）＞c（SO₄^2- ）＞c（H⁺ ）＞c（OH^- ）．
②尿素溶液中存在如下反應：（NH₂）₂CO（aq）+H₂O NH₂?COONH₄（aq）（△H＜0），研究表明，增大溶液中NH₂COONH₄的濃度會使脫硫速率明顯加快．因此在生產(chǎn)中常將溫度控制在60^oC左右，原因是：溫度過低，該反應進行很慢，使溶液中NH₂COONH₄的含量較少；溫度過高，平衡逆移，也會使生成的NH₂COONH₄濃度下降（請將原因補充完整）．
③煙氣中的NO_x與尿素直接反應進行脫硝．（NH₂）₂CO與 NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應，生成水和無毒氣體，反應的化學方程式是（NH₂）₂CO+NO+NO₂═2N₂+2H₂O+CO₂．

Answer 1

分析 （1）①氧化還原反應中元素化合價升高的物質(zhì)為氧化劑；
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol①
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律③×3-①×2-②×2得到：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g），據(jù)此計算；
③根據(jù)圖中不同條件下的脫硝效率判斷；溫度越高催化效果越好，速率越快；
（2）①銨根離子水解溶液顯酸性；
②該反應為放熱反應，根據(jù)溫度對化學平衡的影響判斷；
③（NH₂）₂CO與 NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應，生成水和氮氣、二氧化碳．

解答 解：（1）①脫硝過程中NO_x作氧化劑，氨氣中N元素的化合價升高，則氨氣為還原劑；
故答案為：NH₃；
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol①
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律③×3-①×2-②×2得到：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=3×（-483.6kJ/mol）-（+180.6kJ/mol）×2-（-92.4kJ/mol）×2=-1627.2kJ/mol；
故答案為：-1627.2；
③由圖可知，溫度越高，脫硝率越高，相同溫度下，氨氮物質(zhì)的量比為1時，脫硝率最高，所以提高脫硝效率的最佳條件是溫度400^oC，氨氮物質(zhì)的量比為1；氨氮比一定時，在370^o～400^oC范圍內(nèi)，隨溫度的升高脫硝效率增大，是因為催化劑在370^o～400^oC范圍催化效果好，升高溫度，反應速率加快；
故答案為：溫度400^oC，氨氮物質(zhì)的量比為1；催化劑在370^o～400^oC范圍催化效果好，升高溫度，反應速率加快；
（2）①（NH₄）₂SO₄水溶液中，銨根離子水解溶液顯酸性，則溶液中離子濃度由大到小的順序是c（NH₄⁺ ）＞c（SO₄^2- ）＞c（H⁺ ）＞c（OH^- ）；
故答案為：c（NH₄⁺ ）＞c（SO₄^2- ）＞c（H⁺ ）＞c（OH^- ）；
②該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，NH₂COONH₄的含量較少；
故答案為：溫度過高，平衡逆移，也會使生成的NH₂COONH₄濃度下降；
③（NH₂）₂CO與 NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應，生成水和氮氣、二氧化碳，反應的化學方程式為：（NH₂）₂CO+NO+NO₂═2N₂+2H₂O+CO₂；
故答案為：（NH₂）₂CO+NO+NO₂═2N₂+2H₂O+CO₂．

點評 本題以煙氣的脫硝為載體，考查氧化還原反應、蓋斯定律的應用、方程式書寫、化學平衡、化學反應速率、離子濃度大小比較等，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的數(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力，注意把握蓋斯定律的應用方法、離子濃度比較方法．