Question

15．烟气的脱硝（除NO_x）技术和脱硫（除SO₂）技术都是环境科学研究的热点．
（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
则4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）=4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1625.5kJ/mol
②在催化剂作用下，尿素[CO（NH₂）₂]也可以将NO_x反应生成N₂和H₂O．写出CO（NH₂）₂与NO₂反应的化学方程式4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O．
（2）催化剂V₂O₅可用于处理NO_x、SO₂．
①图1是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理．当消耗a mol NH₃和b mol O₂时，消耗NO的物质的量为$\frac{3a-4b}{2}$mol．
②V₂O₅在催化降解NO_x的过程中，也会对SO₂的氧化起到一定的催化作用，其反应式如下：
a． V₂O₅+SO₂=V₂O₄+SO₃
b．2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄
c． 2VOSO₄=V₂O₅+SO₂+SO₃
③SO₃进一步与烟气中逃逸的氨反应，生成硫酸氢铵和硫酸铵．n（NH₃）：n（SO₃）对硫酸氢铵及硫酸铵形成的影响如图5所示，图5中A、C区域代表的物质分别为（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄．
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，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3所示．阳极的电极反应式为H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-．
②O₃也可用于烟气脱硝．O₃氧化NO₂的氧化产物为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，
根据盖斯定律①-②×2可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N2（g）+6H₂O（g），据此计算；
②尿素[CO（NH₂）₂]也可以将NO_x反应生成N₂和H₂O，CO（NH₂）₂与NO₂反应生成氮气、二氧化碳和水；
（2）①根据氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量计算；
②V₂O₅氧化SO₂时，自己被还原为四价钒化合物，还生成三氧化硫；四价钒化合物再被氧气氧化生成VOSO₄，VOSO₄ 分解生成V₂O₅、SO₂、SO₃；
③SO₃进一步与烟气中逃逸的氨反应，生成硫酸氢铵和硫酸铵，依据氨气和三氧化硫的物质的量之比判断生成产物；
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸，阳极上亚硝酸失电子发生氧化反应；
②O₃氧化NO₂产生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，
根据盖斯定律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；
故答案为：-1625.5kJ/mol；
②据原子守恒和电子守恒，可以写为：4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O，
故答案为：4CO（NH₂）₂+6NO₂═7N₂+4CO₂+8H₂O；
（2）①氧气、一氧化氮和氨气反应生成氮气和水，反应中氨气失去的电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子总物质的量，2mol NH₃转化为N₂失去6mol电子，amolNH₃反应失去电子3amol，1mol O₂得到4mol电子，bmolO₂反应得到电子4bmol，则NO转化为N₂得到的电子为$\frac{3a-4b}{2}$mol，
故答案为：$\frac{3a-4b}{2}$mol；
②V₂O₅氧化SO₂时，自己被还原为四价钒化合物，还生成三氧化硫；四价钒化合物再被氧气氧化生成VOSO₄，VOSO₄ 分解生成V₂O₅、SO₂、SO₃，
该催化循环机理的化学方程式为：
SO₂+V₂O₅═SO₃+V₂O₄，
2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄，
2VOSO₄=V₂O₅+SO₂+SO₃，
故答案为：2SO₂+O₂+V₂O₄=2VOSO₄；
③SO₃进一步与烟气中逃逸的氨反应，生成硫酸氢铵和硫酸铵．分析n（NH₃）：n（SO₃）对硫酸氢铵及硫酸铵形成的影响可知，三氧化硫越多生成产物为硫酸氢氨，氨气越多生成的产物为硫酸铵，则图5中A、C区域代表的物质分别为（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄；，
故答案为：（NH₄）₂SO₄，NH₄HSO₄；
（3）①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[Ka（HNO₂）=5.1×10^-4]，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸，阳极上亚硝酸失电子发生氧化反应，阳极电极反应为：H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-，
故答案为：H₂O+HNO₂-2e^-=3H⁺+NO₃^-；
②O₃也可用于烟气脱硝．二氧化氮中氮元素化合价+4价，O₃氧化NO₂的氧化产物为+5价氮的化合物为N₂O₅，故答案为：N₂O₅ ．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学方程式的书写、电解原理的应用、氧化还原反应、图象的分析与应用等，考查了学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．