Question

【题目】汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的重要原因之一，治理汽车尾气和燃煤尾气是环境保护的重要课题。回答下列问题：

(1)煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物，用CH4催化还原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

则CH4催化还原NO的热化学方程式为__________________________________。

(2)在汽车排气系统中安装三元催化转化器，可发生反应：2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。在某密闭刚性容器中通入等量的CO和NO，发生上述反应时，c(CO)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图所示。

①据此判断该反应的正反应为____(填“放热”或“吸热”)反应。

②温度T1时，该反应的平衡常数K=_____；反应速率v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，计算a处=________。

(3)SNCR-SCR脱硝技术是一种新型的除去烟气中氮氧化物的脱硝技术，一般采用氨气或尿素作还原剂，其基本流程如图：

①SNCR-SCR脱硝技术中用NH3作还原剂还原NO的主要反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)，△H<0，则用尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2的化学方程式为____________。

②体系温度直接影响SNCR技术的脱硝效率，如图所示：

SNCR与SCR技术相比，SCR技术的反应温度不能太高,其原因是__________；当体系温度约为925℃时，SNCR脱硝效率最高，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 放热 80 648 4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O 温度太高，会降低催化剂活性 低于925℃反应速率较慢，高于925℃不利于脱硝反应正向进行

【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

利用盖斯定律计算①+②-③×2得到CH4催化还原NO的热化学方程式；

(2)①根据先拐先平温度高，T1＞T2，纵轴温度越高CO浓度越大，说明升温平衡逆向进行；

②温度为T1时，化学平衡常数的的含义，利用三段式计算出各种物质的平衡浓度，将各种物质的平衡浓度带入公式可得其平衡常数的数值；速率常数只与温度有关，温度不变，速率常数不变，根据平衡时v正= v逆，可得=K，根据v正=k正c2(NO)c2(CO)，v逆=k逆c2(CO2)c(N2)，代入即可计算出其数值；

(3)①尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2，反应生成氮气、二氧化碳和水；

②脱硝的最佳温度约为925℃，此时脱硝效率最大，SNCR与SCR技术相比，SNCR技术的反应温度较高是因为未加入催化剂，从催化剂活性分析温度的影响；从平衡移动角度及反应速率选择合适的温度。

(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

利用盖斯定律计算①+②-③×2得到CH4催化还原NO的热化学方程式CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -977.2 kJ/mol；

(2)①先拐先平温度高，T1＞T2，纵轴温度越高CO浓度越大，说明升温平衡逆向进行，则该反应的正反应为放热反应，△H＜0；

②在某密闭容器中通入等量的CO和NO，根据图象可知开始时，c(CO)=c(NO)= 2mol/L，平衡状态下一氧化碳浓度为0.4mol/L，

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

起始量(mol/L) 2 2 0 0

变化量(mol/L) 1.6 1.6 1 .6 0.8

平衡量(mol/L) 0.4 0.4 1.6 0.8

根据平衡常数的含义可得该温度下的反应平衡常数K==80；

当该可逆反应达到平衡时v正= v逆，根据v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2)，可得=K，根据v正=k正c2(NO)c2(CO)，v逆=k逆c2(CO2)c(N2)，在a点，c(NO)=c(CO)=1.2mol/L，根据物质反应时的物质的量关系可知，此时c(CO2)=0.8mol/L，c(N2)= 0.4mol/L，则===648；

(3)①尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2，反应生成氮气、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：4CO(NH2)2+6NO24CO2+7N2+8H2O；

②图象可知SNCR技术的脱硝的最佳温度为：925°C左右，但温度也不能太高，这是因为温度低，反应速率慢，但温度太高， 会降低催化剂活性；当体系温度约为925℃C时，SNCR脱硝效率最高，其可能的原因是温度较低时，化学反应速率慢，达到平衡所需的时间过长，生产效率低下，温度过高，催化剂活性降低，且升高温度有利于反应向吸热的逆反应方向方向进行，不利于脱硝技术消除烟气中的氮氧化物。