Question

（16分）霧霾天氣嚴重影響人們的生活質量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。
（1）NH₃催化還原氮氧化物(SCR)技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術。反應原理如圖31-1所示：
 
①由圖31-1可知SCR技術中的氧化劑為：             。
②圖31-2是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知最佳的催化劑和相應的溫度分別為：          、             。
③用Fe做催化劑時，在氨氣足量的情況下，不同c(NO₂)/c(NO)對應的脫氮率如圖31-3所示，脫氮效果最佳的c(NO₂)/c(NO)=                。已知生成1molN₂反應放出的熱量為QkJ，此時對應的脫氮反應的熱化學方程式為                            。

（2）利用噴霧干燥法脫硫工藝是除去SO₂的常見方法，先將含SO₂的廢氣溶于水，再用飽和石灰漿吸收，具體步驟如下：
SO₂(g)+H₂O(l)H₂SO₃(l)H⁺(aq)+HSO₃^—(aq)   I
HSO₃^—(aq)H⁺(aq)+SO₃^2—(aq)                II
Ca(OH)₂(s)Ca²⁺(aq)+2OH^—(aq)              III
Ca²⁺(aq)+SO₃^2—(aq)CaSO₃(s)                IV
④步驟II的平衡常數K的表達式為                  。
⑤該溫度下，吸收液中c(Ca²⁺)一直保持為0.70mol/L，已知Ksp(CaSO₃)＝1.4×10^-7，則吸收后溶液中的SO₃^2-的濃度。（寫出計算過程，保留2位有效數字）

Answer 1

（1）① NO、NO₂  （2分）  ② Mn （2分）  200-250℃或范圍內間任意溫度（2分）
③1:1 （2分）    2NH₃(g)+NO(g)+NO₂(g)2N₂(g)+3H₂O(g)　ΔH＝-2QkJ/mol （3分）
(2) ④K＝ （2分）
⑤c(SO₃^2－)＝ mol/L＝2×10^-7mol/L（3分）

試題分析：（1）①根據反應前后元素化合價變化可知，氨氣中氮元素的化合價從－3價升高到0價，失去電子被氧化做還原劑；氮氧化合中氮元素的化合價降低，得到電子被還原做氧化劑，因此氧化劑是NO、NO₂。
②根據圖像可知，兩種催化劑的脫氮率幾乎是相同的，但Mn所在曲線的溫度低，所以由圖可知最佳的催化劑和相應的溫度分別為Mn和200～250℃或范圍內間任意溫度。
③根據圖像可知c(NO₂)/c(NO)＝1:1是脫氮率最高，由于每生成1molN₂反應放出的熱量為QkJ，所以此時對應的脫氮反應的熱化學方程式為2NH₃(g)+NO(g)+NO₂(g)2N₂(g)+3H₂O(g)　ΔH＝-2QkJ/mol。
(2) ④化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據化學方程式可知，該反應的平衡常數表達式K＝。
⑤根據硫酸鈣的溶度積常數表達式Ksp(CaSO₃)＝c(Ca²⁺)·c(SO₃^2－)可知，c(SO₃^2－)＝mol/L＝2×10^-7mol/L。