Question

【题目】氮及其化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

（1）合成氨工业是最基本的无机化工之一，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。 合成氨反应中有关化学键键能数据如下表：

化学键	H—H	N≡N	N—H
E/ kJmol﹣1	436	946	391

①已知：合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea=508 kJmol﹣1，则氨分解反应：2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=_____。

②下图表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：_____（保留3位有效数字）。

③依据温度对合成氨反应的影响，在图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，N2物质的量变化的曲线示意图_______________。

（2）选择性催化还原脱硝技术(SCr)是目前较成熟的烟气脱硝技术，该技术是指在温度300~420℃之间和催化剂条件下，用还原剂(如NH3)选择性地与NOx反应。

①SCr脱硝技术中发生的主要反应为：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1；氨氮比[n(NH3)／n(NO)]会直接影响该方法的脱硝率。350℃时，只改变氨气的投放量，氨气的转化率与氨氮比的关系如图所示。当n(NH3)／n(NO)＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，主要原因是_____。

②碱性溶液处理烟气中的氮氧化物也是一种脱硝的方法，写出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐的化学反应方程式_____。

③直接电解吸收也被用于脱硝。用6％的稀硝酸吸收NOx生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸。电解装置如图所示。阳极的电极反应式为_____。

Answer 1

【答案】 600 kJmol﹣1 14.5% 过量氨气与氧气反应生成 NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3 H2O + HNO2 － 2e－＝ NO3 －＋3H＋

【解析】(1)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反应热△H=反应物总键能-生成物总键能=(946+436×3)kJmol﹣1-(6×391)kJmol﹣1=-92 kJmol﹣1，正反应的活化能Ea=508 kJmol﹣1，则逆反应的活化能Ea=(508+92)kJmol﹣1=600kJmol﹣1，即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=600kJmol﹣11；②设平衡时反应的氮气的物质的量为xmol，则根据方程式可知

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，

起始(mol) 1 3 0

反应(mol) x 3x 2x

平衡(mol) 1-x 3-3x 2x

平衡时氨气的体积分数==42%，解得x=0.592mol，则N2的平衡体积分数==14.5%；③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H= -92 kJmol﹣1，升高温度，平衡逆向移动，N2物质的量增大，因此一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随着反应的进行，氮气的物质的量逐渐减小，达到平衡后，随温度不断升高，氮气的物质的量逐渐增大，图像为；(2)①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1，350℃时，只改变氨气的投放量，当n(NH3)／n(NO)＞1.0时，过量氨气与氧气反应生成NO，烟气中NO浓度反而增大；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐，二氧化氮与水反应生成一氧化氮和硝酸，一氧化氮和二氧化氮与碱反应能够生成亚硝酸盐，因此反应的化学反应方程式为2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；③用6％的稀硝酸吸收NOx生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸，根据装置图，阳极发生氧化反应，亚硝酸被氧化为硝酸，电极反应式为H2O+HNO2－2e－＝NO3－+3H+。