Question

燃煤煙氣的脫硫（除SO₂）技術和脫硝（除NO_x）技術是環境科學研究的熱點．下表列出了目前科學家正致力于研究的3種燃煤煙氣的脫硫技術和脫硝技術的原理．

方法Ⅰ	用硫和氮的氧化物之間的相互轉化聯合進行的脫硫和脫硝技術
方法Ⅱ	用乙烯作為還原劑將氮的氧化物還原為N2的脫硝技術
方法Ⅲ	用電化學原理將SO2轉化為重要的化工原料H2SO4的脫硫技術

（1）方法Ⅰ中有關反應如下：
NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H₁
NO（g）+NO₂（g）=N₂O₃（g）△H₂
N₂O₃（g）+2H₂SO₄（l）=2NOHSO₄（s）+H₂O（l）△H₃
4NOHSO₄（s）+O₂（g）+2H₂O（l）=4H₂SO₄（l）+4NO₂（g）△H₄
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）△H₅
則△H₁、△H₂、△H₃、△H₄、△H₅之間的關系為△H₅=

2△H₁+2△H₂+2△H₃+△H₄

．
（2）方法Ⅱ的脫硝機理如圖1，脫硝率與溫度、負載率（分子篩中催化劑的質量分數）的關系如圖2所示．

①出該脫硝過程中乙烯和NO₂反應的化學方程式：

2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O

．
②達到最佳脫硝效果，應采取的條件是

350℃（或340℃～360℃）、負載率3%

．
（3）方法Ⅲ中用電化學原理將SO₂轉化為重要的化工原料H₂SO₄的裝置如圖（3）所示．

①寫出通入SO₂的電極的電極反應式：

SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺

．
②為使該脫硫過程穩定持續進行，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入的O₂和加入的H₂O的質量比為

4：29

．

Answer 1

分析：（1）利用蓋斯定律計算反應熱；
（2）①根據反應物和生成物結合質量守恒定律書寫化學方程式；
②根據圖象判斷最佳脫硝率的溫度和負載率；
（3）①通入SO₂的電極為原電池的負極，發生氧化反應；
②根據原電池總反應2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄結合硫酸濃度不變計算．

解答：解：（1）已知：①NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H₁
②NO（g）+NO₂（g）=N₂O₃（g）△H₂
③N₂O₃（g）+2H₂SO₄（l）=2NOHSO₄（s）+H₂O（l）△H₃
④4NOHSO₄（s）+O₂（g）+2H₂O（l）=4H₂SO₄（l）+4NO₂（g）△H₄
利用蓋斯定律將①×2+②×2+③×2+④可得：2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）
則△H₅=2△H₁+2△H₂+2△H₃+△H₄，
故答案為：2△H₁+2△H₂+2△H₃+△H₄；
（2）①有由圖1可知，C₂H₄和NO₂反應生成CO₂、N₂和H₂O，則反應的方程式為2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O，
故答案為：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O；
②由圖2可知，脫硝率最高的曲線為b，此時負載率為3%，最高點為溫度為350℃（或340℃～360℃），
故答案為：350℃（或340℃～360℃）、負載率3%；
（3）①通入SO₂的電極為原電池的負極，發生氧化反應，生成SO₄^2-，電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②原電池總反應為2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，設通入1molO₂，ymol水，則生成2molH₂SO₄，消耗2mol水，2molSO₂，保持硫酸濃度不變，
則有：

2mol×98g/mol

2mol×64g/mol+1mol×32g/mol+ymol×18g/mol

×100%=50%，解之得18y=232，
即消耗1molO₂，即32g，需要232g水，才能使硫酸濃度不變，則：m（O₂）：m（H₂O）=32：232=4：29，
故答案為：4：29．

點評：本題考查二氧化硫的污染及治理，熱化學方程式以及原電池知識，題目綜合度較高，難度中等，解答時注意認真分析題給信息，尤其是（3）題，注意從化學方程式的角度解答．