Question

5．硫、氮氧化物是形成酸雨、雾霾等环境污染的罪魁祸首，采用合适的措施消除其污染是保护环境的重要举措．
Ⅰ．研究发现利用NH₃可消除硝酸尾气中的NO污染．NH₃与NO的物质的量之比分别为1﹕3、3﹕1、4﹕1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示．
（1）①曲线a中，NO的起始浓度为6×10^-4  mg/m³，从A点到B点经过0.8s，该时间段内NO的脱除速率为1.5×10^-4 mg/（m³•s）．
②曲线b对应的NH₃与NO的物质的量之比是3：1，其理由是NH₃与NO的物质的量的比值越大，NO脱除率越大．
（2）已知在25℃，101kPa时：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
请写出用NH₃脱除NO的热化学方程式4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070kJ/mol．
Ⅱ．工业上还可以变“废”为“宝”，将雾霾里含有的SO₂、NO等污染物转化为Na₂S₂O₄（保险粉）和NH₄NO₃等化工用品，其生产流程如下（Ce为铈元素）：

（3）装置Ⅱ中NO转变为NO₃^-的反应的离子方程式为3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）装置Ⅲ制得Na₂S₂O₄的同时还能让Ce⁴⁺再生，原理如右图所示．其阴极的电极反应式为2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O．
（5）按上述流程处理含有a mol SO₂、b mol NO的雾霾（b＞a），并制取Na₂S₂O₄和NH₄NO₃．装置Ⅰ中SO₂、装置Ⅱ中NO、装置Ⅲ中HSO₃^-和Ce³⁺、装置Ⅳ中NO₂^-均全部转化，处理完毕后装置Ⅱ中Ce⁴⁺的剩余量与加入量相比没有变化，则至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂5.6（3b-a）L．（用含a、b的代数式表示）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①曲线a中，NO的起始浓度为6×10^-4mg/m³，A点的脱除率为55%，B点的脱除率为75%，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率=$\frac{一氧化氮脱硫的变化}{变化时间}$×100%；
②NH₃与NO的物质的量的比值越大，NO脱除率越大，故其物质的量之比分别为1：3、3：1、4：1时，对应的曲线为c、b、a，故曲线b 对应NH₃与NO的物质的量之比是3：1；
（2）NH₃脱除NO的化学方程式为4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l），可结合盖斯定律计算；
Ⅱ．SO₂、NO是大气污染物，通过氢氧化钠溶液吸收得到亚硫酸氢钠，一氧化氮不反应，通过装置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化还原反应得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亚硫酸氢钠混合，在电解池中通电电解得到Ce⁴⁺循环使用，获得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨气和氧气在装置Ⅳ中发生反应得到NH₄NO₃产品，以此解答．

解答 解：Ⅰ．（1）①曲线a中，NO的起始浓度为6×10^-4mg/m³，A点的脱除率为55%，B点的脱除率为75%，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率=$\frac{（75%-55%）×6×1{0}^{-4}}{0.8s}$=1.5×10^-4mg/（m³•s），
故答案为：1.5×10^-4；
②NH₃与NO的物质的量的比值越大，NO脱除率越大，故其物质的量之比分别为1：3、3：1、4：1时，对应的曲线为c、b、a，故曲线b 对应NH₃与NO的物质的量之比是3：1，
故答案为：3：1；NH₃与NO的物质的量的比值越大，NO脱除率越大；
（2）已知在25℃，101kPa时：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.0kJ/mol
利用盖斯定律，将②×3-①×2-③×3可得4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070 kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070 kJ/mol；
Ⅱ．SO₂、NO是大气污染物，通过氢氧化钠溶液吸收得到亚硫酸氢钠，一氧化氮不反应，通过装置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化还原反应得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亚硫酸氢钠混合，在电解池中通电电解得到Ce⁴⁺循环使用，获得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨气和氧气在装置Ⅳ中发生反应得到NH₄NO₃产品，
（3）装置Ⅱ中NO转变为NO₃^-的反应的离子方程式为3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，故答案为：3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）阴极发生还原反应，电极方程式为2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O，故答案为：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；
（5）amolSO₂、bmolNO反应后分别生成Na₂S₂O₄、NH₄NO₃，S元素化合价由+4价降低到+3价，N元素化合价由+2价升高到+5价，设通入xmol氧气，由化合价升降总数相等可知4x+a=3b，x=$\frac{3b-a}{4}$，则氧气的体积为$\frac{3b-a}{4}$mol×22.4L/mol=5.6（3b-a）L，
故答案为：5.6（3b-a）．

点评 本题考查了无机化工生产流程图，为高频考点，涉及氧化还原反应、计算、电化学等知识，综合性强，侧重分析、计算能力的考查，题目难度中等．