Question

2．脱硝通常指将烟气中的氮氧化物（NO_x）转化为无害的物质．
（1）选择性催化还原技术（SCR）是目前最成熟的烟气脱硝技术，即在金属催化剂作用下，用还原剂（如NH₃）选择性地与NO_x反应生成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
完成该方法中主要反应的热化学方程式：
4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N2（g）+6H₂O（g）△H=-1625.5kJ/mol．
②该方法应控制反应温度在315～400℃之间，反应温度不宜过低也不宜过高的原因是温度过低，反应速率小，温度过高，使脱硝的主要反应的平衡向逆方向移动，脱硝率降低．
③氨氮比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$]会直接影响该方法的脱硝率．350℃时，只改变氨气的投放量，反应物X的转化率与氨氮比的关系如图1所示，则X是NH₃（填化学式）．氨氮比由0.5增加到1.0时，脱硝主要反应的平衡将向正反应方向移动．当$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，主要原因是过量氨气与氧气反应生成NO．
（2）直接电解吸收也是脱硝的一种方法．用6%的稀硝酸吸收NO_x生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸．电解装置如图2所示．
①图2中b应连接电源的负极（填“正极”或“负极”）．
②将石墨电极设置成颗粒状的目的是增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率．
③阳极的电极反应式为H₂O+HNO₂-2e^-=NO₃^-+3H⁺．

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，
根据盖斯定律①-②×4可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g），据此计算；
②根据温度对速率和化学平衡的影响分析；
③氨气的物质的量越大，氨气的转化率越小；氨氮比增大，即氨气的浓度增大，平衡正向移动；根据氨气与氧气的反应分析；
（2）①a电极上亚硝酸失电子生成硝酸，b电极上氢离子得电子生成氢气；
②电极的面积越大，与溶液的接触越充分，电解效率越高；
③阳极上亚硝酸失电子生成硝酸．

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，
根据盖斯定律①-②×4可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=（-905.5kJ•mol^-1）-（+180kJ•mol^-1）×4=-1625.5kJ/mol；
故答案为：-1625.5kJ/mol；
②该方法应控制反应温度在315～400℃之间，反应温度不宜过低也不宜过高，温度越高反应速率越快，温度过低，反应速率小，温度过高，使脱硝的主要反应的平衡向逆方向移动，脱硝率降低；
故答案为：温度过低，反应速率小，温度过高，使脱硝的主要反应的平衡向逆方向移动，脱硝率降低；
③氨氮比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$]越大，则氨气的物质的量越大，氨气的转化率越小，由图可知，随着氨气的浓度的增大，X的转化率减小，所以X为NH₃；氨氮比增大，即氨气的浓度增大，平衡正向移动，所以氨氮比由0.5增加到1.0时，脱硝主要反应的平衡将向正反应方向移动；当$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（NO）}$＞1.0时，氨气与氧气的反应生成NO，所以烟气中NO浓度增大；
故答案为：NH₃；正反应；过量氨气与氧气反应生成NO；
（2）①a电极上亚硝酸失电子生成硝酸，b电极上氢离子得电子生成氢气，所以a为阳极，b为阴极，则b与电源的负极相连；
故答案为：负极；
②电极的面积越大，与溶液的接触越充分，电解效率越高，所以将石墨电极设置成颗粒状的目的是增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率；
故答案为：增大吸收液与电极的接触面积，提高电解反应的效率；
③阳极上亚硝酸失电子生成硝酸，其电极方程式为：H₂O+HNO₂-2e^-=NO₃^-+3H⁺；
故答案为：H₂O+HNO₂-2e^-=NO₃^-+3H⁺．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、影响反应速率和化学平衡移动的因素、电解原理的应用，题目综合性较强，难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力，注意把握题目中所给曲线的含义．