Question

15．煙氣的脫硝（除NO_x）技術和脫硫（除SO₂）技術都是環(huán)境科學研究的熱點．
（1）選擇性催化還原技術（SCR）是目前最成熟的煙氣脫硝技術，即在催化劑作用下，用還原劑（如NH₃）選擇性地與NO_x反應生成N₂和H₂O．
①已知：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
則4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）=4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1625.5kJ/mol
②在催化劑作用下，尿素[CO（NH₂）₂]也可以將NO_x反應生成N₂和H₂O．寫出CO（NH₂）₂與NO₂反應的化學方程式4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O．
（2）催化劑V₂O₅可用于處理NO_x、SO₂．
①圖1是一種用NH₃脫除煙氣中NO的原理．當消耗a mol NH₃和b mol O₂時，消耗NO的物質(zhì)的量為$\frac{3a-4b}{2}$mol．
②V₂O₅在催化降解NO_x的過程中，也會對SO₂的氧化起到一定的催化作用，其反應式如下：
a． V₂O₅+SO₂=V₂O₄+SO₃
b．2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄
c． 2VOSO₄=V₂O₅+SO₂+SO₃
③SO₃進一步與煙氣中逃逸的氨反應，生成硫酸氫銨和硫酸銨．n（NH₃）：n（SO₃）對硫酸氫銨及硫酸銨形成的影響如圖5所示，圖5中A、C區(qū)域代表的物質(zhì)分別為（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄．
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸．電解裝置如圖3所示．陽極的電極反應式為H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-．
②O₃也可用于煙氣脫硝．O₃氧化NO₂的氧化產(chǎn)物為N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①已知：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ•mol^-1①
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1②，
根據(jù)蓋斯定律①-②×2可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N2（g）+6H₂O（g），據(jù)此計算；
②尿素[CO（NH₂）₂]也可以將NO_x反應生成N₂和H₂O，CO（NH₂）₂與NO₂反應生成氮氣、二氧化碳和水；
（2）①根據(jù)氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量計算；
②V₂O₅氧化SO₂時，自己被還原為四價釩化合物，還生成三氧化硫；四價釩化合物再被氧氣氧化生成VOSO₄，VOSO₄ 分解生成V₂O₅、SO₂、SO₃；
③SO₃進一步與煙氣中逃逸的氨反應，生成硫酸氫銨和硫酸銨，依據(jù)氨氣和三氧化硫的物質(zhì)的量之比判斷生成產(chǎn)物；
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，陽極上亞硝酸失電子發(fā)生氧化反應；
②O₃氧化NO₂產(chǎn)生N₂O₅．

解答 解：（1）①已知：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ•mol^-1①
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1②，
根據(jù)蓋斯定律①-②×2可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N2（g）+6H₂O（g）△H=（-905.5kJ•mol^-1）-（+180kJ•mol^-1）×2=-1625.5kJ/mol；
故答案為：-1625.5kJ/mol；
②據(jù)原子守恒和電子守恒，可以寫為：4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O，
故答案為：4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O；
（2）①氧氣、一氧化氮和氨氣反應生成氮氣和水，反應中氨氣失去的電子的物質(zhì)的量等于NO和氧氣得到的電子總物質(zhì)的量，2mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂失去6mol電子，amolNH₃反應失去電子3amol，1mol O₂得到4mol電子，bmolO₂反應得到電子4bmol，則NO轉(zhuǎn)化為N₂得到的電子為$\frac{3a-4b}{2}$mol，
故答案為：$\frac{3a-4b}{2}$mol；
②V₂O₅氧化SO₂時，自己被還原為四價釩化合物，還生成三氧化硫；四價釩化合物再被氧氣氧化生成VOSO₄，VOSO₄ 分解生成V₂O₅、SO₂、SO₃，
該催化循環(huán)機理的化學方程式為：
SO₂+V₂O₅═SO₃+V₂O₄，
2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄，
2VOSO₄=V₂O₅+SO₂+SO₃，
故答案為：2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄；
③SO₃進一步與煙氣中逃逸的氨反應，生成硫酸氫銨和硫酸銨．分析n（NH₃）：n（SO₃）對硫酸氫銨及硫酸銨形成的影響可知，三氧化硫越多生成產(chǎn)物為硫酸氫氨，氨氣越多生成的產(chǎn)物為硫酸銨，則圖5中A、C區(qū)域代表的物質(zhì)分別為（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄；，
故答案為：（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄；
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，陽極上亞硝酸失電子發(fā)生氧化反應，陽極電極反應為：H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-，
故答案為：H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-；
②O₃也可用于煙氣脫硝．二氧化氮中氮元素化合價+4價，O₃氧化NO₂的氧化產(chǎn)物為+5價氮的化合物為N₂O₅，故答案為：N₂O₅ ．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學方程式的書寫、電解原理的應用、氧化還原反應、圖象的分析與應用等，考查了學生的分析能力以及對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．