Question

9．氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一，消除氮氧化物有多種方法．
（1）尿素和尿素分解生成的NH₃均可除去汽車尾氣中NO．
已知：2CO（NH₂）₂（g）+6NO（g）=2CO₂（g）+5N₂（g）+4H₂O（g）△H=-734.2kJ•mol^-1
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1806.4kJ•mol^-1
則反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）的△H=-536.1kJ•mol^-1．
（2）NH₃催化還原氮氧化物是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．以FeSO₄作催化劑測試溫度對氮氧化物脫除效果的影響如圖1，當(dāng)反應(yīng)在400～450℃，NO_x的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高有所降低，其可能原因是反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向逆方向進(jìn)行；當(dāng)體系溫度升至500℃以上時，NO_x的轉(zhuǎn)化率迅速下降，其可能原因是FeSO₄受熱分解，催化劑失效．

圖2是300℃時，用某種金屬氧化物作催化劑，煙氣中NH₃、NO、NO₂不同比例時氮氧化物脫除率，則c（NH₃）：c（NO）：c（NO₂）=2：1：1時，氮氧化物脫除效果最佳．
（3）利用間接電化學(xué)法除NO_x．其原理如圖3所示．已知電解池的陰極室中溶液的pH在4～5之間，則陰極的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O；隔膜可采用陽離子交換膜（填“陽離子”或“陰離子”）；若吸收池中生成的N₂和電解池中生成的O₂的體積比為3：4，則通入吸收池NO和NO₂體積比為2：1．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CO（NH₂）₂（g）+6NO（g）=2CO₂（g）+5N₂（g）+4H₂O（g）△H=-734.2kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1806.4kJ•mol^-1
根據(jù)反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）②-①得到，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變；
（2）NO_x的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低；催化劑可以加快反應(yīng)速率；根據(jù)縱坐標(biāo)判斷，相同溫度下，脫除率越高的效果越好，脫氮反應(yīng)是氨氣和二氧化氮、一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮氣和水；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，是亞硫酸氫根離子，得電子，生成硫代硫酸根離子；硫代硫酸根離子與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮氣，根據(jù)電子守恒來計算．

解答 解：（1）已知：①2CO（NH₂）₂（g）+6NO（g）=2CO₂（g）+5N₂（g）+4H₂O（g）△H=-734.2kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1806.4kJ•mol^-1
根據(jù)反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）②-①得到，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變=$\frac{1}{2}$（-1806.4kJ•mol^-1+734.2kJ•mol^-1）=-536.1kJ•mol^-1，故答案為：-536.1kJ；
（2）當(dāng)反應(yīng)在400～450℃，NO_x的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高有所降低，其可能原因是反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向逆方向進(jìn)行，當(dāng)體系溫度升至500℃以上時，F(xiàn)eSO₄受熱分解，催化劑失效，NO_x的轉(zhuǎn)化率迅速下降，煙氣中NH₃、NO、NO₂不同比例時氮氧化物脫除率，當(dāng)c（NO）：c（NO₂）=1：1時氮氧化物脫除率最高，根據(jù)2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂（g）+3H₂O（g），則c（NH₃）：c（NO）：c（NO₂）=2：1：1時，氮氧化物脫除效果最佳，
故答案為：反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向逆方向進(jìn)行；FeSO₄受熱分解，催化劑失效；2：1：1；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，是亞硫酸氫根離子，得電子，生成硫代硫酸根離子，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；隔膜可采用陽離子交換膜，吸收池中生成的N₂的反應(yīng)：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-，陽極上產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，若吸收池中生成的N₂和電解池中生成的O₂的體積比為3：4，根據(jù)電子守恒，則通入吸收池NO和NO₂體積比為2：1，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O；陽離子；2：1．

點評 本題考查較綜合，涉及圖象分析、電解池工作原理以及蓋斯定律的應(yīng)用等知識點，利用溶度積常數(shù)，注意圖象分析中的曲線的變化趨勢，題目難度中等．