Question

5．硫、氮氧化物是形成酸雨、霧霾等環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)祝�采用合適的措施消除其污染是保護(hù)環(huán)境的重要舉措．
Ⅰ．研究發(fā)現(xiàn)利用NH₃可消除硝酸尾氣中的NO污染．NH₃與NO的物質(zhì)的量之比分別為1﹕3、3﹕1、4﹕1時(shí)，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^-4  mg/m³，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為1.5×10^-4 mg/（m³•s）．
②曲線b對(duì)應(yīng)的NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，其理由是NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大．
（2）已知在25℃，101kPa時(shí)：
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
請(qǐng)寫出用NH₃脫除NO的熱化學(xué)方程式4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070kJ/mol．
Ⅱ．工業(yè)上還可以變“廢”為“寶”，將霧霾里含有的SO₂、NO等污染物轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₄（保險(xiǎn)粉）和NH₄NO₃等化工用品，其生產(chǎn)流程如下（Ce為鈰元素）：

（3）裝置Ⅱ中NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的反應(yīng)的離子方程式為3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺．
（4）裝置Ⅲ制得Na₂S₂O₄的同時(shí)還能讓Ce⁴⁺再生，原理如右圖所示．其陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O．
（5）按上述流程處理含有a mol SO₂、b mol NO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^-均全部轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂5.6（3b-a）L．（用含a、b的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點(diǎn)的脫除率為55%，B點(diǎn)的脫除率為75%，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8 s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{一氧化氮脫硫的變化}{變化時(shí)間}$×100%；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲線為c、b、a，故曲線b 對(duì)應(yīng)NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1；
（2）NH₃脫除NO的化學(xué)方程式為4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l），可結(jié)合蓋斯定律計(jì)算；
Ⅱ．SO₂、NO是大氣污染物，通過氫氧化鈉溶液吸收得到亞硫酸氫鈉，一氧化氮不反應(yīng)，通過裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化還原反應(yīng)得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亞硫酸氫鈉混合，在電解池中通電電解得到Ce⁴⁺循環(huán)使用，獲得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨氣和氧氣在裝置Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)得到NH₄NO₃產(chǎn)品，以此解答．

解答 解：Ⅰ．（1）①曲線a中，NO的起始濃度為6×10^-4mg/m³，A點(diǎn)的脫除率為55%，B點(diǎn)的脫除率為75%，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過0.8 s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率=$\frac{（75%-55%）×6×1{0}^{-4}}{0.8s}$=1.5×10^-4mg/（m³•s），
故答案為：1.5×10^-4；
②NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲線為c、b、a，故曲線b 對(duì)應(yīng)NH₃與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，
故答案為：3：1；NH₃與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大；
（2）已知在25℃，101kPa時(shí)：
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
利用蓋斯定律，將②×3-①×2-③×3可得4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070 kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070 kJ/mol；
Ⅱ．SO₂、NO是大氣污染物，通過氫氧化鈉溶液吸收得到亞硫酸氫鈉，一氧化氮不反應(yīng)，通過裝置Ⅱ加入Ce⁴⁺氧化還原反應(yīng)得到Ce³⁺、NO₂^-、NO₃^-等，和亞硫酸氫鈉混合，在電解池中通電電解得到Ce⁴⁺循環(huán)使用，獲得Na₂S₂O₄，NO₂^-、NO₃^-等加入氨氣和氧氣在裝置Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)得到NH₄NO₃產(chǎn)品，
（3）裝置Ⅱ中NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的反應(yīng)的離子方程式為3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，故答案為：3Ce⁴⁺+NO+2H₂O═3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O，故答案為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；
（5）amolSO₂、bmolNO反應(yīng)后分別生成Na₂S₂O₄、NH₄NO₃，S元素化合價(jià)由+4價(jià)降低到+3價(jià)，N元素化合價(jià)由+2價(jià)升高到+5價(jià)，設(shè)通入xmol氧氣，由化合價(jià)升降總數(shù)相等可知4x+a=3b，x=$\frac{3b-a}{4}$，則氧氣的體積為$\frac{3b-a}{4}$mol×22.4L/mol=5.6（3b-a）L，
故答案為：5.6（3b-a）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了無機(jī)化工生產(chǎn)流程圖，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)、計(jì)算、電化學(xué)等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，側(cè)重分析、計(jì)算能力的考查，題目難度中等．