Question

3．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)境污染的罪魁禍首，采用合適的措施消除其污染是保護環(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，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖2所示．

（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，從A點到B點經(jīng)過0.8s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率為1.5×10^-4mg/（m³•s）．
②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
（2）已知在25℃，101kPa時：
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4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（1）△H=-（3Q₂-2Q₁+3Q₃）KJ/mol．
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（保險粉）和NH₄NO₃等化工用品，其生產(chǎn)流程如圖1：
（3）裝置Ⅱ中NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的反應(yīng)的離子方程式為3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）裝置Ⅲ制得Na₂S₂O₄的同時還能讓Ce⁴⁺再生，原理如圖3所示．其陰極的電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O．
（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)準狀況下的O₂5.6（3b-a）L（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點的脫除率為55%，B點的脫除率為75%，從A點到B點經(jīng)過0.8 s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{一氧化氮脫硫的變化}{變化時間}$×100%；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大；
（2）已知在25℃，101kPa時：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-Q₁/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-Q₂kJ/mo1
③N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+Q₃kJ/mo1，用NH₃脫除NO的化學(xué)方程式為4 NH₃（g）+6 NO（g）═5 N₂（g）+6 H₂O（1），可根據(jù)該寺定律，將3×②-2×①-3×③可得熱化學(xué)方程式；
Ⅱ．SO₂、NO是大氣污染物，通過氫氧化鈉溶液吸收得到亞硫酸氫鈉，一氧化氮不反應(yīng)，通過裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化還原反應(yīng)得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亞硫酸氫鈉混合，在電解池中通電電解得到Ce⁴⁺循環(huán)使用，獲得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨氣和氧氣在裝置Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)得到NH₄NO₃產(chǎn)品，以此解答．

解答 解：Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點的脫除率為55%，B點的脫除率為75%，從A點到B點經(jīng)過0.8 s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{（75%-55%）×6×1{0}^{-4}}{0.8s}$=1.5×10^-4mg/（m³•s），
故答案為：1.5×10^-4；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時，對應(yīng)的曲線為c、b、a，故曲線b 對應(yīng)NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，
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：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-Q₁/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-Q₂kJ/mo1
③N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+Q₃kJ/mo1，用NH₃脫除NO的化學(xué)方程式為4 NH₃（g）+6 NO（g）═5 N₂（g）+6 H₂O（1），可根據(jù)該寺定律，將3×②-2×①-3×③可得熱化學(xué)方程式4 NH₃（g）+6 NO（g）═5 N₂（g）+6 H₂O（1）△H=-（3Q₂-2Q₁+3Q₃）KJ/mol，
故答案為：4 NH₃（g）+6 NO（g）═5 N₂（g）+6 H₂O（1）△H=-（3Q₂-2Q₁+3Q₃）KJ/mol；
Ⅱ．SO₂、NO是大氣污染物，通過氫氧化鈉溶液吸收得到亞硫酸氫鈉，一氧化氮不反應(yīng)，通過裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化還原反應(yīng)得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亞硫酸氫鈉混合，在電解池中通電電解得到Ce⁴⁺循環(huán)使用，獲得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨氣和氧氣在裝置Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)得到NH₄NO₃產(chǎn)品，
（3）裝置Ⅱ中NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的反應(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）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O，故答案為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；
（5）amolSO₂、bmolNO反應(yīng)后分別生成Na₂S₂O₄、NH₄NO₃，S元素化合價由+4價降低到+3價，N元素化合價由+2價升高到+5價，設(shè)通入xmol氧氣，
由化合價升降總數(shù)相等可知4x+a=3b，x=$\frac{3b-a}{4}$，則氧氣的體積為$\frac{3b-a}{4}$mol×22.4L/mol=5.6（3b-a）L，
故答案為：5.6（3b-a）．

點評 本題考查了無機化工生產(chǎn)流程圖，為高頻考點，涉及氧化還原反應(yīng)、計算、電化學(xué)等知識，綜合性強，側(cè)重分析、計算能力的考查，題目難度中等．