Question

9．氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，消除氮氧化物有多种方法．
（1）尿素和尿素分解生成的NH₃均可除去汽车尾气中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
则反应2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）的△H=-536.1kJ•mol^-1．
（2）NH₃催化还原氮氧化物是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．以FeSO₄作催化剂测试温度对氮氧化物脱除效果的影响如图1，当反应在400～450℃，NO_x的转化率随温度升高有所降低，其可能原因是反应放热，升高温度，平衡向逆方向进行；当体系温度升至500℃以上时，NO_x的转化率迅速下降，其可能原因是FeSO₄受热分解，催化剂失效．

图2是300℃时，用某种金属氧化物作催化剂，烟气中NH₃、NO、NO₂不同比例时氮氧化物脱除率，则c（NH₃）：c（NO）：c（NO₂）=2：1：1时，氮氧化物脱除效果最佳．
（3）利用间接电化学法除NO_x．其原理如图3所示．已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～5之间，则阴极的电极反应式为2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O；隔膜可采用阳离子交换膜（填“阳离子”或“阴离子”）；若吸收池中生成的N₂和电解池中生成的O₂的体积比为3：4，则通入吸收池NO和NO₂体积比为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
根据反应：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）②-①得到，根据盖斯定律计算反应的焓变；
（2）NO_x的转化率随温度升高而降低；催化剂可以加快反应速率；根据纵坐标判断，相同温度下，脱除率越高的效果越好，脱氮反应是氨气和二氧化氮、一氧化氮发生氧化还原反应生成氮气和水；
（3）阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子，得电子，生成硫代硫酸根离子；硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，根据电子守恒来计算．

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
根据反应：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）②-①得到，根据盖斯定律计算反应的焓变=$\frac{1}{2}$（-1806.4kJ•mol^-1+734.2kJ•mol^-1）=-536.1kJ•mol^-1，故答案为：-536.1kJ；
（2）当反应在400～450℃，NO_x的转化率随温度升高有所降低，其可能原因是反应放热，升高温度，平衡向逆方向进行，当体系温度升至500℃以上时，FeSO₄受热分解，催化剂失效，NO_x的转化率迅速下降，烟气中NH₃、NO、NO₂不同比例时氮氧化物脱除率，当c（NO）：c（NO₂）=1：1时氮氧化物脱除率最高，根据2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）=2N₂（g）+3H₂O（g），则c（NH₃）：c（NO）：c（NO₂）=2：1：1时，氮氧化物脱除效果最佳，
故答案为：反应放热，升高温度，平衡向逆方向进行；FeSO₄受热分解，催化剂失效；2：1：1；
（3）阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子，得电子，生成硫代硫酸根离子，电极反应式为：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；隔膜可采用阳离子交换膜，吸收池中生成的N₂的反应：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-，阳极上产生氧气的反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，若吸收池中生成的N₂和电解池中生成的O₂的体积比为3：4，根据电子守恒，则通入吸收池NO和NO₂体积比为2：1，
故答案为：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O；阳离子；2：1．

点评 本题考查较综合，涉及图象分析、电解池工作原理以及盖斯定律的应用等知识点，利用溶度积常数，注意图象分析中的曲线的变化趋势，题目难度中等．