Question

【题目】污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。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措施。

Ⅰ．研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1：3、3：l、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6×10－4mg／m3，从A点到B点经过0.8s，该时间段内NO的脱除速率为_____mg／(m3·s)。

②曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是______，其理由是_________。

（2）已知在25℃，101kPa时：

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

请写出用NH3脱除NO的热化学方程式__________。

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：

（3）装置Ⅱ中NO转变为NO3－的反应的离子方程式为__________。

（4）装置Ⅲ制得Na2S2O4的同时还能让Ce4＋再生，原理如图所示。其阴极的电极反应式为 ：______。

（5）按上述流程处理含有amolSO2、bmolNO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－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O2____L(用含a、b的代数式表示)。

Answer 1

【答案】1.5×10-4② 3:1 NH3与NO的物质的量比值越大，NO的脱除率越大 4NH3(g) + 6NO(g)=5N2(g) +6H2O(1)△H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol 3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+ 2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O 5.6(3b-a)

【解析】

Ⅰ．（1）①曲线a中，NO的起始浓度为6×10－4mg／m3，从A点到B点经过0.8s，NO的浓度变化为6×10－4mg／m3（0.75-0.55）= 1.2×10－4mg／m3，该时间段内NO的脱除速率为1.5×10-4mg／(m3·s)，故答案为：1.5×10-4；

②当其他条件相同时，NH3与NO的物质的量比值越大，NO的脱除率越大，故NH3与NO的物质的量之比分别为1：3、3：l、4：1时，对应的曲线分别为c、b、a，则曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是3:1，其理由是NH3与NO的物质的量比值越大，NO的脱除率越大，故答案为：3:1；NH3与NO的物质的量比值越大，NO的脱除率越大；

（2）已知在25℃，101kPa时，①N2(g)+3H2(g) =2NH3(g) △H＝-Q1kJ／mol；②2H2(g)+O2(g) =2H2O(1) △H＝- Q2kJ／mo1；③N2(g) +O2(g) = 2NO(g) △H＝+ Q3kJ／mo1，根据盖斯定律：②×3+③×3-①×2得用NH3脱除NO的热化学方程式为4 NH3(g) + 6 NO(g) ==5 N2(g) +6 H2O(1) △H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol，故答案为：4NH3(g) + 6NO(g)=5N2(g) +6H2O(1)△H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol；

Ⅱ．（3）根据化学工艺流程知装置Ⅱ中NO与Ce4+反应生成NO3－、NO2—和Ce3+，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）装置Ⅲ为电解池，Ce4＋再生，发生氧化反应Ce3+-e－=Ce4＋，为电解池的阳极反应，则阴极反应为HSO3-被还原为S2O42-，电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O，故答案为：2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

（5）按上述流程处理；amolSO2转化为Na2S2O4得到amol电子，bmolNO转化为NH4NO3失去3bmol电子。根据电子守恒知O2得电子的物质的量为（3b-a）mol，则通入氧气的物质的量为（3b-a）/4mol,，标准状况下的体积为5.6(3b-a)L，故答案为：5.6(3b-a)。