Question

烟气中通常含有高浓度SO₂、氮氧化物及粉尘颗粒等有害物质，在排放前必须进行脱硫脱硝处理。

(1) 利用甲烷可将氮氧化物还原为氮气除去。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

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

(2) H₂O₂在催化剂αFeOOH的表面上，分解产生·OH。·OH较H₂O₂和O₂更易与烟气中的NO、SO₂发生反应。反应后所得产物的离子色谱如图1所示。

①写出·OH氧化NO的化学反应方程式：________。

②当H₂O₂浓度一定时，NO的脱除效率与温度的关系如图2所示。升温至80 ℃以上，大量汽化的H₂O₂能使NO的脱除效率显著提高的原因是______________________________，温度高于180 ℃，NO的脱除效率降低的原因是________。

(3) 工业可采用亚硫酸钠作吸收液脱除烟气中的二氧化硫。应用双阳离子交换膜电解技术可使该吸收液再生，同时得到高浓度SO₂，其工作原理如图3所示。

① SO₂气体在________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)室生成。

②用离子方程式表示吸收液再生的原理：________。

(4) 新型纳米材料氧缺位铁酸盐(ZnFe₂O_x)能将烟气中SO₂分解除去，若1 mol ZnFe₂O_x与足量SO₂生成1 mol ZnFe₂O₄和0.5 mol S，则x＝________。

Answer

2a＋2c－b 3·OH＋NO=HNO3＋H2O H2O2与催化剂的接触更好，产生更多的·OH，·OH浓度增大，与NO混合更充分 180 ℃以后，·OH分解成O2和H2O，NO的脱出效率下降 Ⅱ OH－＋HSO3-=SO32-＋H2O 3

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2) ①·OH氧化NO生成硝酸和水，据此写出化学方程式；

(3)根据电解池原理分析；

(4) 根据氧化还原反应中得失电子守恒计算。

(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

根据盖斯定律，由①×2+③×2-②得反应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，反应的化学反应方程式为：3·OH＋NO=HNO3＋H2O；

②当H2O2浓度一定时，升温至80 ℃以上，H2O2与催化剂的接触更好，产生更多的·OH，·OH浓度增大，与NO混合更充分，大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高；温度高于180 ℃，·OH分解成O2和H2O，NO的脱出效率下降，NO的脱除效率降低；

(3) 工业可采用亚硫酸钠作吸收液脱除烟气中的二氧化硫。应用双阳离子交换膜电解技术可使该吸收液再生，同时得到高浓度SO2，根据图中信息可知阴极上氢离子得电子产生氢气，溶液中OH-浓度增大，和HSO3-反应生成SO32-，钠离子通过阳离子交换膜移向Ⅰ室，Na2SO3溶液再生；阳极是水电离出的OH-放电生成氧气，H+浓度增大，通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，和Ⅱ室中的HSO3-生成亚硫酸，进而分解产生SO2；

① SO2气体在Ⅱ室生成；

②吸收液中氢氧根离子与亚硫酸根离子反应生成亚硫酸而再生，离子反应方程式为：OH－＋HSO3-=SO32-＋H2O；

(4) 根据氧化还原反应中得失电子守恒可知，N(铁失电子)=[3-（x-1）]×2×2=4×1=N(硫得电子)，解得x=3。