Question

【題目】氮及其化合物的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。

（1）合成氨工業(yè)是最基本的無(wú)機(jī)化工之一，氨是化肥工業(yè)和基本有機(jī)化工的主要原料。合成氨反應(yīng)中有關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	H—H	N≡N	N—H
E/kJmol-1	436	946	391

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

②圖1表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)如圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)：_____（保留3位有效數(shù)字）。

③依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，在如圖坐標(biāo)系中，畫(huà)出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，N2物質(zhì)的量變化的曲線示意圖_____。

（2）選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)是目前較成熟的煙氣脫硝技術(shù)，該技術(shù)是指在溫度300~420℃之間和催化劑條件下，用還原劑(如NH3)選擇性地與NOx反應(yīng)。

①SCR脫硝技術(shù)中發(fā)生的主要反應(yīng)為：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) △H=-1625.5kJmol-1；氨氮比會(huì)直接影響該方法的脫硝率。350℃時(shí)，只改變氨氣的投放量，氨氣的轉(zhuǎn)化率與氨氮比的關(guān)系如圖所示。當(dāng)＞1.0時(shí)，煙氣中NO濃度反而增大，主要原因是_____。

②堿性溶液處理煙氣中的氮氧化物也是一種脫硝的方法，寫(xiě)出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽的化學(xué)反應(yīng)方程式_____。

Answer 1

【答案】300kJmol-1 14.5%或0.145 過(guò)量氨氣與氧氣反應(yīng)生成NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3

【解析】

⑴①先根據(jù)化學(xué)鍵能計(jì)算焓變，焓變又等于正反應(yīng)活化能減去逆反應(yīng)活化能，注意可逆反應(yīng)方程式變化；②圖1表示500℃、60.0MPa條件下，假設(shè)放入1mol N2，3mol H2，建立三段式進(jìn)行計(jì)算；③依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，N2物質(zhì)的量先不變，當(dāng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，開(kāi)始反應(yīng)，不斷減小，建立平衡，溫度繼續(xù)增加，平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)馕镔|(zhì)的量增加。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，反應(yīng)中有氧氣參與反應(yīng)，當(dāng)＞1.0時(shí)，煙氣中NO濃度反而增大，剩余氨氣，氨氣可能與氧氣反應(yīng)生成NO；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，NO2中氮化合價(jià)既升高又降低，形成兩種鹽NaNO3和NaNO2，則另一種鹽則為碳酸氫鈉。

⑴①已知：合成氨反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea=508kJmol-1，

ΔH = 946 kJmol1 ＋ 3×436kJmol1 6×391 kJmol1 = 92 kJmol1，ΔH = Ea – E(逆) = 92 kJmol1，E(逆) = Ea 92 kJmol1= 600 kJmol1，則氨分解反應(yīng)：NH3(g)N2(g)+H2(g)的活化能Ea = 300 kJmol1；故答案為：300 kJmol1。

②圖1表示500℃、60.0MPa條件下，假設(shè)放入1mol N2，3mol H2，

，解得x = 0.592，a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)，故答案為14.5%。

③依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，N2物質(zhì)的量先不變，當(dāng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，開(kāi)始反應(yīng)，不斷減小，建立平衡，溫度繼續(xù)增加，平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)馕镔|(zhì)的量增加，其變化的曲線示意圖為；故答案為：。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，氧氣參與了反應(yīng)，當(dāng)＞1.0時(shí)，煙氣中NO濃度反而增大，剩余氨氣，氨氣可能與氧氣反應(yīng)生成NO，故答案為：過(guò)量氨氣與氧氣反應(yīng)生成NO。

②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，NO2中氮化合價(jià)既升高又降低，形成兩種鹽NaNO3和NaNO2，則另一種鹽則為碳酸氫鈉，因此化學(xué)反應(yīng)方程式2NO2+2Na2CO3+H2O = NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；故答案為：2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3。