Question

【題目】汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的重要原因之一，治理汽車尾氣和燃煤尾氣是環(huán)境保護(hù)的重要課題。回答下列問題：

(1)煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有氮的氧化物，用CH4催化還原NO2可消除氮氧化物的污染。已知：

①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol；

②N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.8 kJ/mol；

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

則CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式為__________________________________。

(2)在汽車排氣系統(tǒng)中安裝三元催化轉(zhuǎn)化器，可發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。在某密閉剛性容器中通入等量的CO和NO，發(fā)生上述反應(yīng)時(shí)，c(CO)隨溫度(T)和時(shí)間(t)的變化曲線如圖所示。

①據(jù)此判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)為____(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

②溫度T1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____；反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2)，k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，計(jì)算a處=________。

(3)SNCR-SCR脫硝技術(shù)是一種新型的除去煙氣中氮氧化物的脫硝技術(shù)，一般采用氨氣或尿素作還原劑，其基本流程如圖：

①SNCR-SCR脫硝技術(shù)中用NH3作還原劑還原NO的主要反應(yīng)為4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)，△H<0，則用尿素[CO(NH2)2]作還原劑還原NO2的化學(xué)方程式為____________。

②體系溫度直接影響SNCR技術(shù)的脫硝效率，如圖所示：

SNCR與SCR技術(shù)相比，SCR技術(shù)的反應(yīng)溫度不能太高,其原因是__________；當(dāng)體系溫度約為925℃時(shí)，SNCR脫硝效率最高，其可能的原因是______________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-977.2kJ/mol 放熱 80 648 4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O 溫度太高，會(huì)降低催化劑活性 低于925℃反應(yīng)速率較慢，高于925℃不利于脫硝反應(yīng)正向進(jìn)行

【解析】

(1) CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol；

②2N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.8 kJ/mol；

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

利用蓋斯定律計(jì)算①+②-③×2得到CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式；

(2)①根據(jù)先拐先平溫度高，T1＞T2，縱軸溫度越高CO濃度越大，說明升溫平衡逆向進(jìn)行；

②溫度為T1時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)的的含義，利用三段式計(jì)算出各種物質(zhì)的平衡濃度，將各種物質(zhì)的平衡濃度帶入公式可得其平衡常數(shù)的數(shù)值；速率常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，速率常數(shù)不變，根據(jù)平衡時(shí)v正= v逆，可得=K，根據(jù)v正=k正c2(NO)c2(CO)，v逆=k逆c2(CO2)c(N2)，代入即可計(jì)算出其數(shù)值；

(3)①尿素[CO(NH2)2]作還原劑還原NO2，反應(yīng)生成氮?dú)狻⒍�氧化碳和水�?/span>

②脫硝的最佳溫度約為925℃，此時(shí)脫硝效率最大，SNCR與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)的反應(yīng)溫度較高是因?yàn)槲醇尤氪呋瘎�，從催化劑活性分析溫度的影響；從平衡移�?dòng)角度及反應(yīng)速率選擇合適的溫度。

(1)①CH4(g)+ 2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol；

②2N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g) △H=+67.8 kJ/mol；

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+89.0 kJ/mol

利用蓋斯定律計(jì)算①+②-③×2得到CH4催化還原NO的熱化學(xué)方程式CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -977.2 kJ/mol；

(2)①先拐先平溫度高，T1＞T2，縱軸溫度越高CO濃度越大，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；

②在某密閉容器中通入等量的CO和NO，根據(jù)圖象可知開始時(shí)，c(CO)=c(NO)= 2mol/L，平衡狀態(tài)下一氧化碳濃度為0.4mol/L，

2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)

起始量(mol/L) 2 2 0 0

變化量(mol/L) 1.6 1.6 1 .6 0.8

平衡量(mol/L) 0.4 0.4 1.6 0.8

根據(jù)平衡常數(shù)的含義可得該溫度下的反應(yīng)平衡常數(shù)K==80；

當(dāng)該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正= v逆，根據(jù)v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2)，可得=K，根據(jù)v正=k正c2(NO)c2(CO)，v逆=k逆c2(CO2)c(N2)，在a點(diǎn)，c(NO)=c(CO)=1.2mol/L，根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)時(shí)的物質(zhì)的量關(guān)系可知，此時(shí)c(CO2)=0.8mol/L，c(N2)= 0.4mol/L，則===648；

(3)①尿素[CO(NH2)2]作還原劑還原NO2，反應(yīng)生成氮?dú)狻⒍�氧化碳和水，反�?yīng)的化學(xué)方程式為：4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O；

②圖象可知SNCR技術(shù)的脫硝的最佳溫度為：925°C左右，但溫度也不能太高，這是因?yàn)闇囟鹊�，反�?yīng)速率慢，但溫度太高， 會(huì)降低催化劑活性；當(dāng)體系溫度約為925℃C時(shí)，SNCR脫硝效率最高，其可能的原因是溫度較低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率慢，達(dá)到平衡所需的時(shí)間過長，生產(chǎn)效率低下，溫度過高，催化劑活性降低，且升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱的逆反應(yīng)方向方向進(jìn)行，不利于脫硝技術(shù)消除煙氣中的氮氧化物。