Question

【題目】污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題。硫、氮氧化物是形成酸雨、霧霾等環境污染的罪魁禍首，采用合適的措施消除其污染是保護環境的重要措施。

Ⅰ．研究發現利用NH3可消除硝酸工業尾氣中的NO污染。NH3與NO的物質的量之比分別為1：3、3：l、4：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖所示。

（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg／m3，從A點到B點經過0.8s，該時間段內NO的脫除速率為_____mg／(m3·s)。

②曲線b對應的NH3與NO的物質的量之比是______，其理由是_________。

（2）已知在25℃，101kPa時：

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

請寫出用NH3脫除NO的熱化學方程式__________。

Ⅱ．工業上還可以變“廢”為“寶”，將霧霾里含有的SO2、NO等污染物轉化為Na2S2O4(保險粉)和NH4NO3等化工用品，其生產流程如下：

（3）裝置Ⅱ中NO轉變為NO3－的反應的離子方程式為__________。

（4）裝置Ⅲ制得Na2S2O4的同時還能讓Ce4＋再生，原理如圖所示。其陰極的電極反應式為 ：______。

（5）按上述流程處理含有amolSO2、bmolNO的霧霾(b>a)，并制取Na2S2O4和NH4NO3。裝置Ⅰ中SO2、裝置Ⅱ中NO、裝置Ⅲ中HSO3－和Ce3＋、裝置Ⅳ中NO2－全部轉化，處理完畢后裝置Ⅱ中Ce4＋的剩余量與加入量相比沒有變化，則至少需向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O2____L(用含a、b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】1.5×10-4② 3:1 NH3與NO的物質的量比值越大，NO的脫除率越大 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曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg／m3，從A點到B點經過0.8s，NO的濃度變化為6×10－4mg／m3（0.75-0.55）= 1.2×10－4mg／m3，該時間段內NO的脫除速率為1.5×10-4mg／(m3·s)，故答案為：1.5×10-4；

②當其他條件相同時，NH3與NO的物質的量比值越大，NO的脫除率越大，故NH3與NO的物質的量之比分別為1：3、3：l、4：1時，對應的曲線分別為c、b、a，則曲線b對應的NH3與NO的物質的量之比是3:1，其理由是NH3與NO的物質的量比值越大，NO的脫除率越大，故答案為：3:1；NH3與NO的物質的量比值越大，NO的脫除率越大；

（2）已知在25℃，101kPa時，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，根據蓋斯定律：②×3+③×3-①×2得用NH3脫除NO的熱化學方程式為4 NH3(g) + 6 NO(g) ==5 N2(g) +6 H2O(1) △H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol，故答案為：4NH3(g) + 6NO(g)=5N2(g) +6H2O(1)△H＝-（3Q2+3Q3-2Q1）kJ／mol；

Ⅱ．（3）根據化學工藝流程知裝置Ⅱ中NO與Ce4+反應生成NO3－、NO2—和Ce3+，反應的離子方程式為3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+，故答案為：3Ce4++NO+2H2O=3Ce3+NO3-+ 4H+；

（4）裝置Ⅲ為電解池，Ce4＋再生，發生氧化反應Ce3+-e－=Ce4＋，為電解池的陽極反應，則陰極反應為HSO3-被還原為S2O42-，電極反應式為2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O，故答案為：2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

（5）按上述流程處理；amolSO2轉化為Na2S2O4得到amol電子，bmolNO轉化為NH4NO3失去3bmol電子。根據電子守恒知O2得電子的物質的量為（3b-a）mol，則通入氧氣的物質的量為（3b-a）/4mol,，標準狀況下的體積為5.6(3b-a)L，故答案為：5.6(3b-a)。