Question

【題目】煙氣中通常含有高濃度SO2、氮氧化物及粉塵顆粒等有害物質(zhì)，在排放前必須進行脫硫脫硝處理。

(1) 利用甲烷可將氮氧化物還原為氮氣除去。已知：

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)；ΔH＝a kJ·mol－1

CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝b kJ·mol－1

CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝c kJ·mol－1

反應(yīng)CH4(g)＋4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝________ kJ·mol－1。

(2) H2O2在催化劑αFeOOH的表面上，分解產(chǎn)生·OH。·OH較H2O2和O2更易與煙氣中的NO、SO2發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)后所得產(chǎn)物的離子色譜如圖1所示。

①寫出·OH氧化NO的化學(xué)反應(yīng)方程式：________。

②當(dāng)H2O2濃度一定時，NO的脫除效率與溫度的關(guān)系如圖2所示。升溫至80 ℃以上，大量汽化的H2O2能使NO的脫除效率顯著提高的原因是______________________________，溫度高于180 ℃，NO的脫除效率降低的原因是________。

(3) 工業(yè)可采用亞硫酸鈉作吸收液脫除煙氣中的二氧化硫。應(yīng)用雙陽離子交換膜電解技術(shù)可使該吸收液再生，同時得到高濃度SO2，其工作原理如圖3所示。

① SO2氣體在________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)室生成。

②用離子方程式表示吸收液再生的原理：________。

(4) 新型納米材料氧缺位鐵酸鹽(ZnFe2Ox)能將煙氣中SO2分解除去，若1 mol ZnFe2Ox與足量SO2生成1 mol ZnFe2O4和0.5 mol S，則x＝________。

Answer 1

【答案】2a＋2c－b 3·OH＋NO=HNO3＋H2O H2O2與催化劑的接觸更好，產(chǎn)生更多的·OH，·OH濃度增大，與NO混合更充分 180 ℃以后，·OH分解成O2和H2O，NO的脫出效率下降 Ⅱ OH－＋HSO3-=SO32-＋H2O 3

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進行計算；

(2) ①·OH氧化NO生成硝酸和水，據(jù)此寫出化學(xué)方程式；

(3)根據(jù)電解池原理分析；

(4) 根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒計算。

(1)已知：①2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)；ΔH1＝a kJ·mol－1

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝b kJ·mol－1

③CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH3＝c kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律，由①×2+③×2-②得反應(yīng)CH4(g)＋4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH=ΔH1×2+ΔH3×2-ΔH2=（2a＋2c－b）kJ·mol－1；

(2) ①·OH氧化NO生成硝酸和水，反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：3·OH＋NO=HNO3＋H2O；

②當(dāng)H2O2濃度一定時，升溫至80 ℃以上，H2O2與催化劑的接觸更好，產(chǎn)生更多的·OH，·OH濃度增大，與NO混合更充分，大量汽化的H2O2能使NO的脫除效率顯著提高；溫度高于180 ℃，·OH分解成O2和H2O，NO的脫出效率下降，NO的脫除效率降低；

(3) 工業(yè)可采用亞硫酸鈉作吸收液脫除煙氣中的二氧化硫。應(yīng)用雙陽離子交換膜電解技術(shù)可使該吸收液再生，同時得到高濃度SO2，根據(jù)圖中信息可知陰極上氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，溶液中OH-濃度增大，和HSO3-反應(yīng)生成SO32-，鈉離子通過陽離子交換膜移向Ⅰ室，Na2SO3溶液再生；陽極是水電離出的OH-放電生成氧氣，H+濃度增大，通過陽離子交換膜進入Ⅱ室，和Ⅱ室中的HSO3-生成亞硫酸，進而分解產(chǎn)生SO2；

① SO2氣體在Ⅱ室生成；

②吸收液中氫氧根離子與亞硫酸根離子反應(yīng)生成亞硫酸而再生，離子反應(yīng)方程式為：OH－＋HSO3-=SO32-＋H2O；

(4) 根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒可知，N(鐵失電子)=[3-（x-1）]×2×2=4×1=N(硫得電子)，解得x=3。