题目内容

【题目】烟气中通常含有高浓度SO2、氮氧化物及粉尘颗粒等有害物质,在排放前必须进行脱硫脱硝处理。

(1) 利用甲烷可将氮氧化物还原为氮气除去。已知:

2NO(g)O2(g)=2NO2(g)ΔHa kJ·mol1

CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)ΔHb kJ·mol1

CH4(g)2NO2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g)ΔHc kJ·mol1

反应CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(g)ΔH________ kJ·mol1

(2) H2O2在催化剂αFeOOH的表面上,分解产生·OH·OHH2O2O2更易与烟气中的NOSO2发生反应。反应后所得产物的离子色谱如图1所示。

①写出·OH氧化NO的化学反应方程式:________

②当H2O2浓度一定时,NO的脱除效率与温度的关系如图2所示。升温至80 ℃以上,大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高的原因是______________________________,温度高于180 ℃NO的脱除效率降低的原因是________

(3) 工业可采用亚硫酸钠作吸收液脱除烟气中的二氧化硫。应用双阳离子交换膜电解技术可使该吸收液再生,同时得到高浓度SO2,其工作原理如图3所示。

SO2气体在________(“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”)室生成。

②用离子方程式表示吸收液再生的原理:________

(4) 新型纳米材料氧缺位铁酸盐(ZnFe2Ox)能将烟气中SO2分解除去,若1 mol ZnFe2Ox与足量SO2生成1 mol ZnFe2O40.5 mol S,则x________

【答案】2a2cb 3·OHNO=HNO3H2O H2O2与催化剂的接触更好,产生更多的·OH,·OH浓度增大,与NO混合更充分 180 ℃以后,·OH分解成O2H2ONO的脱出效率下降 OHHSO3-=SO32-H2O 3

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算;

(2) ·OH氧化NO生成硝酸和水,据此写出化学方程式;

(3)根据电解池原理分析;

(4) 根据氧化还原反应中得失电子守恒计算。

(1)已知:①2NO(g)O2(g)=2NO2(g)ΔH1a kJ·mol1

CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)ΔH2b kJ·mol1

CH4(g)2NO2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g)ΔH3c kJ·mol1

根据盖斯定律,由①×2+×2-②得反应CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(g)ΔH=ΔH1×2+ΔH3×2-ΔH2=2a2cbkJ·mol1

(2) ·OH氧化NO生成硝酸和水,反应的化学反应方程式为:3·OHNO=HNO3H2O

②当H2O2浓度一定时,升温至80 ℃以上,H2O2与催化剂的接触更好,产生更多的·OH·OH浓度增大,与NO混合更充分,大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高;温度高于180 ℃,·OH分解成O2H2ONO的脱出效率下降,NO的脱除效率降低;

(3) 工业可采用亚硫酸钠作吸收液脱除烟气中的二氧化硫。应用双阳离子交换膜电解技术可使该吸收液再生,同时得到高浓度SO2,根据图中信息可知阴极上氢离子得电子产生氢气,溶液中OH-浓度增大,和HSO3-反应生成SO32-,钠离子通过阳离子交换膜移向Ⅰ室,Na2SO3溶液再生;阳极是水电离出的OH-放电生成氧气,H+浓度增大,通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,和Ⅱ室中的HSO3-生成亚硫酸,进而分解产生SO2

SO2气体在Ⅱ室生成;

②吸收液中氢氧根离子与亚硫酸根离子反应生成亚硫酸而再生,离子反应方程式为:OHHSO3-=SO32-H2O

(4) 根据氧化还原反应中得失电子守恒可知,N(铁失电子)=[3-x-1]×2×2=4×1=N(硫得电子),解得x=3

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